印染废水处理系统在线监测改进方法探讨

蒋裕平

（中山市电子科技大学 中山学院 化学与生物系，中山 512000）

0 引言

印染是纺织制造业在加工过程的重要环节，同时也是行业加工、制造、工艺改进的重点支持方向之一。随着社会消费水平和消费量的不断增加，行业发展规模也是越趋扩大。总体而言，从全国范围内，规模宏大的印染印染行业的环保工作已经成为社会关注的焦点，而为了实现环保工艺的优质化和高效化，新的制造技术和自动化监控日趋成为必然的选择。对此，印染企业普遍加大了技术改造的力度，技术装备水平有了很大提高。目前，已经形成了纳米态TiO2的悬浮体系为光催化氧化剂，对于一些印染工艺环节的废水单独进行处理和在线监测的整套工艺和设备，并且结合视频技术，对于进水表观形态进行图像分析，同时也在一定程度上遏制了偷排漏排等违法现象。整个系统流程如图1所示。

其中，存在两方面的问题。一是由于处理设备和材料的特点，进入后处理环节前的混合液中的固液难以彻底分离，从而造成染料的检测困难，造成后处理环节处理条件确定的困难；二是由于视频成像过程中总会有失真存在，导致出水口水质的表观形态不能准确掌握。为达到自动在线监测的要求，迫切需要改进监测方法。

图1 在线监测系统示意图

本文通过对于这两个突出问题的解析，力求为印染废水在线监测进行一些有益的启示。

1 图像信息的校正

图像失真原因包括有三维物体成像为二维图像[1]、图像噪声[2]等。鉴于实际印染工艺特点，需要进行综合的校正举措。

第一，鉴于印染出水口有时会出现一些具有特殊几何形状的物系（如纺织纤维、布屑、泡沫等），考虑到格栅的缝隙，需要对于物系的几何尺寸进行辨识。这就需要对于所采集的图像进行比例的标定，提高图像传输过程中的精确度。

第二，实际中由于输送设备和管道的原因，废水流动形态会产生细微变化，一般的图像采集设备会产生模糊现象。因此，采用高分辨率的传感器和内置低色散、高折射率的镜片，以获得色散度低的图像。

第三，由于印染废水的很重要、很直观的特征是其颜色，不同颜色决定了不同的水质，因此图像能否准确反映废水颜色是非常重要的。因此，采用光照补偿的方法，即提高参考色的RGB，调节其它像素，从而改善此状况。

第四，由于印染废水中会有大量的表面活性剂，造成废水表面有大量的泡沫，而不同形态的泡沫往往表示废水的性质的不同，因此图像需要准确反映泡沫形态。因此，通过图像的增强和滤波作用消除干扰，并且采取了宏块跟踪法[3]确定泡沫的运动状态。

表1 TiO2的含量和对应的浑浊度

图2 相同深度的亚甲基蓝（2mg/l）与不同浑浊度的TiO2组成的混合液测定结果的相对误差

图3 相同浑浊度（0.34）的TiO2与不同浓度的亚甲基蓝组成的混合液测定结果的相对误差

2 单波长和三波长监测方法的选择

实际对于纳米态TiO2与染料共存的混合液体系中染料浓度的测定方法有TOC、液相质谱法、分光光度法等。其中，分光光度法测定由于价格低廉、操作简便，通常作为首选的方法。其中单波长法和三波长法是其中典型的方法。

单波长法就是选定一个波长进行吸光度测量的方法，是常规的方法。三波长法可以在干扰组分和被测组分共存的情况下，选择适当的三个波长，使被测组分具有线性吸收，从而得到被测组分浓度的方法。目前在悬浮态TiO2光催化氧化中已经得到应用，如Hg~(2+)的还原[4]等。

实验中，以典型的染料亚甲基蓝为被测物，与不同含量的30nmTiO2组成混合液。考虑到废水中染料浓度可能波动，导致反应器出水中染料浓度有变化，因此需要考察染料浓度变化时的测定准确度；考虑到TiO2加入量会随同染料浓度变化而变化，导致反应器出水中TiO2含量有变化，因此也需要考察染料浓度不变而TiO2含量变化时测定的准确度。TiO2含量以TiO2浑浊液经过超声波震荡器分散20min，在400nm波长处所测吸光度作为悬浮液的浑浊度，结果如表1所示。

实验测定结果如图2和图3所示。

从图2可见，在实验中所采用的TiO2浑浊度范围内，两种分光光度法相对误差都出现了不同程度的波动，说明准确度在不同的TiO2浑浊度下是不同的。可以设想，由于TiO2悬浮颗粒对于光照有散射和屏蔽效应[5]，而这些效应是影响混合液吸光度变化的主要因素，这些效应与悬浮颗粒的初始浑浊度和光的波长有关，同时不同浑浊度的TiO2对于亚甲基蓝的吸附的不同也会改变TiO2表面性质，因此也会影响散射和屏蔽效应，这些因素的影响趋势并不是一致的，因此呈现出测定值波动的状态。

从图3可见，在所采用的亚甲基蓝浓度范围内，单波长法相对误差数值的波动范围较小，准确度较高。有两方面的原因，一是在实践中，从重复测定的结果变化看，单波长法的变化时较小的，即单波长法的重现性较好。提高了单波长法的准确度；二是由于亚甲基蓝在水溶液中呈现出多聚体的形态[6]，相当于分子缔合形态，而不同浓度形成的多聚体是不同的；另外，不同浓度下形成的多聚体在TiO2吸附态是不同的。这些因素都会导致吸光度的偏移，从而导致了测定结果随着亚甲基蓝浓度的变化出现了波动。

对于三波长方法而言，从图3出现了某些亚甲基蓝浓度点上不能进行测定或者是误差过大等情况。为此，笔者认为由于亚甲基蓝在TiO2表面的吸附、TiO2对于光的散射和屏蔽、亚甲基蓝形成的多聚体效应等因素的影响，呈现出“综合效应”，从而使在综合因素配比合适的条件下，此“综合效应”会导致测定偏差的急剧增大。

总体而言，从实验结果看，采用单波长法进行监测是比较准确的，结果也是比较稳定的。但采用采用分光光度法的准确度不一定可以达到精度很高的要求。

3 结束语

印染行业由于所采用的设备和工艺是种类繁多，并且即使是同种设备，由于制造或者使用的差异，导致印染工序后的排污量和种类是不同的。因此，监测的及时性和准确性是两大要求，同时也要兼顾经济性的考虑和技术性达标。就本文针对的在线监测系统而言，视频失真的改进是针对于印染废水特点进行的，也取得了很好的效果；而单波长法的选择，不仅操作很简便，并且设备、运行的费用都非常低廉，同时也可以达到较好的效果。

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[2] 刘喜英,吴淑泉,徐向民.基于改进分水岭算法的医学图像分割的研究[J].微电子技术,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] 张红漫,陈国松,陶鑫,陆小华.水溶液中亚甲蓝分子聚集状态的研究[J].分析科学学报,2004,20(6):573-576.