印染廢水處理系統(tǒng)在線監(jiān)測改進方法探討

蔣裕平

（中山市電子科技大學(xué) 中山學(xué)院 化學(xué)與生物系，中山 512000）

0 引言

印染是紡織制造業(yè)在加工過程的重要環(huán)節(jié)，同時也是行業(yè)加工、制造、工藝改進的重點支持方向之一。隨著社會消費水平和消費量的不斷增加，行業(yè)發(fā)展規(guī)模也是越趨擴大?？傮w而言，從全國范圍內(nèi)，規(guī)模宏大的印染印染行業(yè)的環(huán)保工作已經(jīng)成為社會關(guān)注的焦點，而為了實現(xiàn)環(huán)保工藝的優(yōu)質(zhì)化和高效化，新的制造技術(shù)和自動化監(jiān)控日趨成為必然的選擇。對此，印染企業(yè)普遍加大了技術(shù)改造的力度，技術(shù)裝備水平有了很大提高。目前，已經(jīng)形成了納米態(tài)TiO2的懸浮體系為光催化氧化劑，對于一些印染工藝環(huán)節(jié)的廢水單獨進行處理和在線監(jiān)測的整套工藝和設(shè)備，并且結(jié)合視頻技術(shù)，對于進水表觀形態(tài)進行圖像分析，同時也在一定程度上遏制了偷排漏排等違法現(xiàn)象。整個系統(tǒng)流程如圖1所示。

其中，存在兩方面的問題。一是由于處理設(shè)備和材料的特點，進入后處理環(huán)節(jié)前的混合液中的固液難以徹底分離，從而造成染料的檢測困難，造成后處理環(huán)節(jié)處理條件確定的困難；二是由于視頻成像過程中總會有失真存在，導(dǎo)致出水口水質(zhì)的表觀形態(tài)不能準(zhǔn)確掌握。為達到自動在線監(jiān)測的要求，迫切需要改進監(jiān)測方法。

圖1 在線監(jiān)測系統(tǒng)示意圖

本文通過對于這兩個突出問題的解析，力求為印染廢水在線監(jiān)測進行一些有益的啟示。

1 圖像信息的校正

圖像失真原因包括有三維物體成像為二維圖像[1]、圖像噪聲[2]等。鑒于實際印染工藝特點，需要進行綜合的校正舉措。

第一，鑒于印染出水口有時會出現(xiàn)一些具有特殊幾何形狀的物系（如紡織纖維、布屑、泡沫等），考慮到格柵的縫隙，需要對于物系的幾何尺寸進行辨識。這就需要對于所采集的圖像進行比例的標(biāo)定，提高圖像傳輸過程中的精確度。

第二，實際中由于輸送設(shè)備和管道的原因，廢水流動形態(tài)會產(chǎn)生細(xì)微變化，一般的圖像采集設(shè)備會產(chǎn)生模糊現(xiàn)象。因此，采用高分辨率的傳感器和內(nèi)置低色散、高折射率的鏡片，以獲得色散度低的圖像。

第三，由于印染廢水的很重要、很直觀的特征是其顏色，不同顏色決定了不同的水質(zhì)，因此圖像能否準(zhǔn)確反映廢水顏色是非常重要的。因此，采用光照補償?shù)姆椒ǎ刺岣邊⒖忌腞GB，調(diào)節(jié)其它像素，從而改善此狀況。

第四，由于印染廢水中會有大量的表面活性劑，造成廢水表面有大量的泡沫，而不同形態(tài)的泡沫往往表示廢水的性質(zhì)的不同，因此圖像需要準(zhǔn)確反映泡沫形態(tài)。因此，通過圖像的增強和濾波作用消除干擾，并且采取了宏塊跟蹤法[3]確定泡沫的運動狀態(tài)。

表1 TiO2的含量和對應(yīng)的渾濁度

圖2 相同深度的亞甲基藍(lán)（2mg/l）與不同渾濁度的TiO2組成的混合液測定結(jié)果的相對誤差

圖3 相同渾濁度（0.34）的TiO2與不同濃度的亞甲基藍(lán)組成的混合液測定結(jié)果的相對誤差

2 單波長和三波長監(jiān)測方法的選擇

實際對于納米態(tài)TiO2與染料共存的混合液體系中染料濃度的測定方法有TOC、液相質(zhì)譜法、分光光度法等。其中，分光光度法測定由于價格低廉、操作簡便，通常作為首選的方法。其中單波長法和三波長法是其中典型的方法。

單波長法就是選定一個波長進行吸光度測量的方法，是常規(guī)的方法。三波長法可以在干擾組分和被測組分共存的情況下，選擇適當(dāng)?shù)娜齻€波長，使被測組分具有線性吸收，從而得到被測組分濃度的方法。目前在懸浮態(tài)TiO2光催化氧化中已經(jīng)得到應(yīng)用，如Hg~(2+)的還原[4]等。

實驗中，以典型的染料亞甲基藍(lán)為被測物，與不同含量的30nmTiO2組成混合液。考慮到廢水中染料濃度可能波動，導(dǎo)致反應(yīng)器出水中染料濃度有變化，因此需要考察染料濃度變化時的測定準(zhǔn)確度；考慮到TiO2加入量會隨同染料濃度變化而變化，導(dǎo)致反應(yīng)器出水中TiO2含量有變化，因此也需要考察染料濃度不變而TiO2含量變化時測定的準(zhǔn)確度。TiO2含量以TiO2渾濁液經(jīng)過超聲波震蕩器分散20min，在400nm波長處所測吸光度作為懸浮液的渾濁度，結(jié)果如表1所示。

實驗測定結(jié)果如圖2和圖3所示。

從圖2可見，在實驗中所采用的TiO2渾濁度范圍內(nèi)，兩種分光光度法相對誤差都出現(xiàn)了不同程度的波動，說明準(zhǔn)確度在不同的TiO2渾濁度下是不同的?？梢栽O(shè)想，由于TiO2懸浮顆粒對于光照有散射和屏蔽效應(yīng)[5]，而這些效應(yīng)是影響混合液吸光度變化的主要因素，這些效應(yīng)與懸浮顆粒的初始渾濁度和光的波長有關(guān)，同時不同渾濁度的TiO2對于亞甲基藍(lán)的吸附的不同也會改變TiO2表面性質(zhì)，因此也會影響散射和屏蔽效應(yīng)，這些因素的影響趨勢并不是一致的，因此呈現(xiàn)出測定值波動的狀態(tài)。

從圖3可見，在所采用的亞甲基藍(lán)濃度范圍內(nèi)，單波長法相對誤差數(shù)值的波動范圍較小，準(zhǔn)確度較高。有兩方面的原因，一是在實踐中，從重復(fù)測定的結(jié)果變化看，單波長法的變化時較小的，即單波長法的重現(xiàn)性較好。提高了單波長法的準(zhǔn)確度；二是由于亞甲基藍(lán)在水溶液中呈現(xiàn)出多聚體的形態(tài)[6]，相當(dāng)于分子締合形態(tài)，而不同濃度形成的多聚體是不同的；另外，不同濃度下形成的多聚體在TiO2吸附態(tài)是不同的。這些因素都會導(dǎo)致吸光度的偏移，從而導(dǎo)致了測定結(jié)果隨著亞甲基藍(lán)濃度的變化出現(xiàn)了波動。

對于三波長方法而言，從圖3出現(xiàn)了某些亞甲基藍(lán)濃度點上不能進行測定或者是誤差過大等情況。為此，筆者認(rèn)為由于亞甲基藍(lán)在TiO2表面的吸附、TiO2對于光的散射和屏蔽、亞甲基藍(lán)形成的多聚體效應(yīng)等因素的影響，呈現(xiàn)出“綜合效應(yīng)”，從而使在綜合因素配比合適的條件下，此“綜合效應(yīng)”會導(dǎo)致測定偏差的急劇增大。

總體而言，從實驗結(jié)果看，采用單波長法進行監(jiān)測是比較準(zhǔn)確的，結(jié)果也是比較穩(wěn)定的。但采用采用分光光度法的準(zhǔn)確度不一定可以達到精度很高的要求。

3 結(jié)束語

印染行業(yè)由于所采用的設(shè)備和工藝是種類繁多，并且即使是同種設(shè)備，由于制造或者使用的差異，導(dǎo)致印染工序后的排污量和種類是不同的。因此，監(jiān)測的及時性和準(zhǔn)確性是兩大要求，同時也要兼顧經(jīng)濟性的考慮和技術(shù)性達標(biāo)。就本文針對的在線監(jiān)測系統(tǒng)而言，視頻失真的改進是針對于印染廢水特點進行的，也取得了很好的效果；而單波長法的選擇，不僅操作很簡便，并且設(shè)備、運行的費用都非常低廉，同時也可以達到較好的效果。

[1] Christian P Karger et al., Accuracy of device-specific 2D and 3D image distortion correction algorithms for magnetic resonance imaging of the head provided by a manufacturer[J]. Phys. Med. Biol.2006,51:253-261.

[2] 劉喜英,吳淑泉,徐向民.基于改進分水嶺算法的醫(yī)學(xué)圖像分割的研究[J].微電子技術(shù),2003,31(4):39-42.

[3] Xu J B, Po L M,Cheung C K.Adaptive motion tracking block matching algorithms for video coding[J].IEEE Trans on Circuits and Systems for Video Technology,1999,9(7):1025-1029.

[4] LU Wei-wei1,CHEN Guo-song,ZHANG Hongman1,ZHANG Zhi-yi1,LU Xiao-hua. Study on the Effect of Photocatalytic Reduction of Hg~(2+) by Using Nano TiO2 with Three-Wavelength Spectrophotometry[J].Photographic Science and Photochemistry,2007,3:126-133

[5] J. Lea, A.A. Adesina.The photo-oxidation of sodium dodecyle sulfate in aerated aqueous TiO2 suspension[J]. J.Photochem. Photobiol. A: Chem. 118 (1998),111-122.[6] 張紅漫,陳國松,陶鑫,陸小華.水溶液中亞甲藍(lán)分子聚集狀態(tài)的研究[J].分析科學(xué)學(xué)報,2004,20(6):573-576.