淡水水质实时在线检测系统的钻研（一）

第 1 章 绪 论

我国经济迅猛发展，淡水国夷易近生涯品质不断普及，水质实与此同时情景成果也日益凸显，线检特意是测系近些年来，我国沿海水域富营养化严正，钻研赤潮、淡水绿潮等磨难频发，水质实不断加剧的线检水传染严正地破损了人类的生涯情景及生涯品质。党的测系十八大团聚上对于我国严酷的情景成果作出紧张调唆：把生态文化建树放在突出位置，勤勉建树详尽中
国，钻研实现中华夷易近族永续发展。淡水

1.1 课题钻研布景以及意思

生态情景与人类的水质实生涯发展风雨同舟，水情景作为生态情景的线检紧张组成全副，对于人类至关紧张。测系可是钻研随着中国生齿数目的削减、物资文化需要的普及，资源斲丧不断削减，传染物排放速率不断加速，加之未能实时实用地监测、打点，导致种种传染物间接汇入大海，严正破损了陆地情景。

中国陆地情景状态公报呈现：2014 年，我国统领海域淡水情景状态总体较好，可是远海口传染严正，前 3 个季度分说有 52 280、41 140 以及 57 360 平方公里海域劣于规定的第四类淡水水质规范。入海口传染物量呈逐年回升趋势，其中 48%的排污口未达到排污规范，间接导致淡水赤潮以及绿潮磨难减轻，远海岸淤泥砂石少许聚积，淡水污浊水平加大。中国陆地磨难公报呈现：2014 年，我国统领海域发现赤潮 56 次之多，传染面积达 7 290 平方公里。绿潮磨难影响畛域极广，拆穿困绕面积于 7 月 14 日达到最大值，约 540 平方公里；最大扩散面积 50 000 平方公里，扩散面积为近 5 年最大。2014 年，河北秦皇岛沿岸海域发生特大抑食金球藻赤潮，不断 85 天，受益面积 2 000 平方公里，为 2014 年不断光阴单次影响面积
最大的赤潮，对于当地陆地情景造成重大影响。2014 年 4 月，沉没绿潮藻萌生，仅在江苏如东沿岸海域有所发现；到了 5 中下旬，绿潮不断向偏南偏差偏移，面积不断扩充；6 月中旬，影响到日照、青岛等海域，对于当地的渔业、水产养殖、陆地情景、生态等造成未必的影响，间接影响了沿海都市的经济发展。

水质传染速率之快，严正限度了我国渔业、水产养殖业、遨游业的发展，使淡水富营养化加剧、次生磨难频发，间接影响着陆地生物的生涯，同时有毒赤潮会向周边果然伸张，传染着周边人群的饮水，劫持着周边人群的牢靠。造成水质传染的原因泛滥，其中，主要原因是生涯污水及工业废水的间接排放，使患上江海
中种种藻类营养过剩、大片愿望。淡水富营养化有多种呈现，其中紧张的指标有：化学需氧量(Chemical Oxygen Demand，简称 COD)、叶绿素含量、藻红卵白含量等。其中，COD 作为水情景品质的一项紧张指标，反映了水情景中复原性物资的含量，复原性物资主要为有机物。叶绿素宽泛的存在于蓝绿藻中，其含量反映了淡水中蓝绿藻的含量。藻红卵白具备十分好的荧光特色，其含量反映出淡水藻类的含量。浊度是陆地情景水质黑白的另一项紧张的指标，既反映淡水的感官品质，也反映淡水的外在品质。

中国的可不断性发展计碰面临着严酷的挑战，间接劫持着人类的永续生涯，研制一种快捷、实用的水质监测系统对于陆地情景的打点起到至关紧张的浸染。

1.2 水质 COD、叶绿素、浊度的钻研现状

1.2.1 COD 钻研现状

COD 是指接管未必的强氧化剂解决水样时，被水样中复原性物资斲丧的氧化剂的量。淡水中有机物具备复原性，其含量作为淡水 COD 浓度的规范。传统的水质 COD 浓度检测方式有：重铬酸钾规范法（国标法）、高锰酸钾法（国标法）、高氯化物废水测定法等。新型的水质 COD 浓度检测方式为：分光光度法
。

重铬酸钾规范法是我国丈量水质 COD 浓度的国标方式。重铬酸钾具备强氧化性，未必量的饶富重铬酸钾在未必条件下与水体中复原性物资反映，而后退出调唆剂，经由丈量过多的重铬酸钾含量，患上出水体中 COD 浓度。这种间接检测的方式具备丈量精确、丈量畛域大等短处。但检测历程中需削减试剂，引起二次传染物，同时其丈量老本高、丈量周期长、丈量难度大，不能实事实时在线检测等。高锰酸钾法、高氯化物废水测定法同此检测方式相似，同时，高锰酸钾法易受氯离子的干扰[10]，且不可用于工业合成
。

分光光度法是经由光学方式看待测物含量妨碍合成、测定的方式。区别种物资的能级谱区别，当某波段光打到待测物资上，若光子能量与待测物资能级跃迁能量相同，待测物资会将该波长光子罗致，发生能级跳变至高能态，高能态平凡不晃动，可能再次跳变至其余低能态，同时监禁光子。经由丈量吸光度或者监禁光
子的光强度来对于该物资遏制定性以及定量合成。比照之下，基于光谱合成的分光光度法具备无传染、丈量老本低、丈量周期短、丈量难度小等短处。

此外，丈量方式尚有臭氧氧化法、电化学法等，这些方式尽管比照国标法减小了传染，但它们仍丈量老本高、丈量周期长、丈量难度大、不能实时在线检测。

近些年，Norio等建树了制浆废水、染色体废水以及人造水体等的 COD浓度与紫外吸光度的关连模子；Matsche[18]等钻研了紫外 254nm 以及可见 380nm 光谱的 COD 浓度与吸光度的关连；AntonioC.Sousa等提出了一种基于近红外光谱的新方式，用来测定生涯废水的 COD 浓度。

1.2.2 叶绿素钻研

现状叶绿素是绿色动物光协浸染的紧张物资，在未必水平上反映了淡水中绿藻含量。其检测方式包罗：丙酮萃取分光光度法、荧光法、功能液相色谱法。

丙酮萃取分光光度法是我国丈量叶绿素含量的国标方式。这种检测方式是运用丙酮来萃取绿色动物的叶绿素，来配置装备部署一系列区别浓度的叶绿素规范液，而后分说丈量 667nm 光的吸光度，患上到 667nm 吸光度以及叶绿素浓度的关连曲线，与待测水样叶绿素吸光度妨碍比照，从而患上出待测水样的叶绿素浓度。该方式丈量精度高，但丈量重大、周期长、不能实事实时在线。

荧光法叶绿素的丈量与分光光度法相似，当 430nm 光经由叶绿素溶液，会被叶绿素罗致，同时放出 667nm 荧光，萃取叶绿素，患上到叶绿素规范液，而后配置装备部署区别浓度的叶绿素溶液，分说丈量 90 度处 667nm 波长的光强，患上到光强以及叶绿素浓度的关连曲线，与待测水样叶绿素激发光强妨碍比照，从而患上出待测水样叶绿素浓度。该方式同样丈量精度高，但丈量重大、周期长、不能实事实时在线。

功能液相色谱法同样运用丙酮来萃取绿色动物的叶绿素，配成一系列区别浓度的叶绿素规范液，将其色谱图作为参照图，经由比力待测叶绿素溶液的色谱，患上到待测液叶绿素浓度。此方式操作重大,但丈量精度偏低、合成周期长。近些年，B. Ruth运用氦氖激光器妨碍了绿色动物的外部荧光诱导能源学的钻研，对于人造情景下愿望的水藻中叶绿素含量妨碍了丈量；John. J. Cullen等运用叶绿素激发荧光事实，运用辐射计对于日光下海藻激发出的叶绿素荧光强度妨碍了丈量，并建树了海藻叶绿素浓度与荧光光强的关连模子；青岛陆地大学以532 nm 可见光为激发波长，运用激光感生荧光道理研制出用于丈量淡水表层叶绿素浓度的激光雷达系统。

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