吳俊，吳平，雷巖，肖金球

(1.蘇州科技學院電子與信息工程學院，江蘇 蘇州 215009；2.蘇州科技學院環(huán)境科學與工程學院，江蘇 蘇州 215009)

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遠程監(jiān)控城鄉(xiāng)管網(wǎng)飲用水的低量色度

吳俊1，吳平2，雷巖1，肖金球1

(1.蘇州科技學院電子與信息工程學院，江蘇 蘇州 215009；2.蘇州科技學院環(huán)境科學與工程學院，江蘇 蘇州 215009)

選用480 nm單色光及長光程技術(shù)進行吸光光度分析，測定水質(zhì)色度。通過對比普通分光光度法可知，吸光光度測試的光程長度增加10倍，測試靈敏度顯著提高，從而保證低色度飲用水(<30度)的測定精準度。監(jiān)測的色度數(shù)據(jù)利用GSM無線通信傳輸系統(tǒng)，可實現(xiàn)對水質(zhì)色度監(jiān)測結(jié)果的遠程實時動態(tài)遙傳，為預警突發(fā)性水污染事故提供數(shù)據(jù)支撐。

色度；分光光度法；長光程比色傳感器；無線GSM-GPRS數(shù)據(jù)傳輸

水的濁度、色度與飲用水安全密切相關，城市布點高標準地遙測這些指標，預警突發(fā)事故，顯得十分必要。衛(wèi)生監(jiān)督人員常采用目測比色法測定飲用水色度，雖然簡單，但存在視覺誤差且無法實現(xiàn)晝夜自動監(jiān)控[1]。采用長光程比色傳感器進行在線比色檢測研究并利用GSM通信傳輸系統(tǒng)，以GPRS無線分組交換技術(shù)，將水質(zhì)色度傳感的數(shù)據(jù)遠程接入，可快速、低耗地完成端到端的實時數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)晝夜自動監(jiān)測。

1 水色度傳感的檢測實驗

1.1 飲用水色度標準色列配制

鉑鈷色度標準溶液：稱取1.246 g氯鉑酸鉀及1.000 g氯化鈷，溶于100 mL水中，加入100 mL鹽酸用水定容至1 000 mL，其色度為500度標液。

標準色列配制：準備多根清洗過的50 mL比色管，分別加入0,0.25,0.50,1.00,2.00,3.00,4.00,5.00 mL標準溶液(500度),用水稀釋至標線，混勻。各管的色度依次為0,2.5,5,10,20,30,40,50度。

1.2 色度檢測實驗部件

采樣電磁閥；長光程光度比色皿(20 cm，玻璃材，自制)；高亮度發(fā)光二極管(單色波長480 nm和620 nm)；光電池及直流放大器(輸出0～+200 mV)；DAM-70 A/D轉(zhuǎn)換模塊(RS232輸出)；嵌入式WINCE觸控PC(北京蘭海微芯公司)；GPRS數(shù)據(jù)發(fā)送器。

1.3 色度自動檢測實驗裝置

開啟電磁閥,實時采樣飲用水進入長光程比色傳感器，分別點亮發(fā)光管光源480 nm和光源620 nm,先后進行吸收光度測量(A1，A2)；關閉電磁閥并開啟恒流微泵，將蒸餾水自動引入比色傳感器,以此作為參比(吸光值為0)；測水樣時，光電池接收光轉(zhuǎn)換電信號并經(jīng)放大后輸出0～200 mV直流信號，然后采集進入A/D轉(zhuǎn)換模塊和WINCE觸控PC，再按預先編制的程序，進行數(shù)據(jù)處理；獲得的實時色度結(jié)果儲存下來，并通過GPRS數(shù)據(jù)發(fā)送器，利用共享無線信道，進行可靠的遠程數(shù)據(jù)傳送，自動檢測裝置見圖1。

圖1 管網(wǎng)飲用水色度在線自動檢測裝置

2 長光程比色(200 mm)傳感飲用水色度檢測

2.1 標準色度溶液的光吸收曲線

以鉑鈷標準色度溶液進行可見光波段的吸光值掃描檢測，并繪制吸收曲線，見圖2。由圖2可見，自來水色度光吸收峰在480 nm處，在620 nm光波處基本不吸收。因此，可選用480 nm測定吸收光值A1(自來水色度濁度測值之和)；選擇620 nm處測定水樣吸收光值A2(濁度測值)，2者差值即為水樣色度吸光值A。

圖2 水色度檢測吸收曲線

2.2 普通分光光度和長光程光度比較

采用鉑鈷色度標準溶液，配制5個色度水樣：2.3，5.5，9.6，18和25度，在480 nm和620 nm處，分別采用721型分光光度計(2 cm比色皿)和長光程比色傳感器(20 cm比色皿)兩種測量方法，測得吸光值A1和A2，相減后得到色度吸光值A，見表1。

表1 兩種光程測定比較

①721型分光光度計(2 cm比色皿)；②長光程比色傳感器(20 cm比色皿)

由表1可見，水樣色度的低值(5.5度)和高值(25度)兩種光程光度吸光值差異值分別為0.09和0.263。分別測試靈敏度：靈敏度(L)=兩種光程光度吸光值之差/色度差。計算可得長短光程的靈敏度分別為0.010 7和0.003 67。吸光光度測試的光程長度加大10倍，測試靈敏度顯著提高，保證了低色度飲用水(<30度)的測定精準度。不同光程的檢測回歸直線的斜率差異顯著，見圖3。

圖3 管網(wǎng)飲用水色度檢測曲線

2.3 長光程色度測定精確度分析

以標準配制色度溶液(Pt-Co)25度為水樣，重復8次檢測見表2，精密度較好。以色度標準溶液(Pt-Co)18度為水樣，進行加標量測試見表3。分別取蘇州不同區(qū)域的自來水水樣進行色度的實測見表4。由表4可見，管網(wǎng)自來水的色度基本都在12度以下，符合《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB 5749-85)中色度<15度的管網(wǎng)指導值范圍。

表2 水樣色度精密度分析(標準色度25度溶液)

表3 加標回收試驗

表4 2014年6月蘇州4個區(qū)域水樣色度測定

2.4 長光程光度傳感測定管網(wǎng)水色度的特點

(1)長光程(20 cm)光度法是在線監(jiān)測新技術(shù)，能有效提高分析靈敏度、減小測量誤差；

(2)利用不同可見光波段(480 nm和620 nm)，可同時檢測飲用水的低量色度和透射濁度(FAU)。

3 管網(wǎng)水質(zhì)色度自動監(jiān)測遙傳概述

晝夜水質(zhì)周期監(jiān)測一般控制幾小時一次的自動采樣和水質(zhì)檢測。長光程光度傳感的數(shù)據(jù)信號，經(jīng)過隔離放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)，直接輸入嵌入式WINCE觸控PC機(現(xiàn)場機)。觸控PC起到承上啟下的智能作用，一方面完成控制中樞的關鍵作用，另一方面實現(xiàn)人機交互的觸控操作。城鄉(xiāng)自來水管網(wǎng)水質(zhì)的晝夜實時監(jiān)測，其數(shù)據(jù)通過無線傳輸方式，構(gòu)成網(wǎng)絡通信系統(tǒng)。GPRS技術(shù)充分利用了GSM網(wǎng)絡中個別帶寬的信道資源，實施速度快，漏誤碼低，采集數(shù)據(jù)實時性強[2-3]。

4 結(jié)語

水質(zhì)色度的監(jiān)測可對管網(wǎng)水質(zhì)污染發(fā)揮監(jiān)控和預警的關鍵作用。長光程傳感技術(shù)解決了自來水低濃度色度在線精準檢測的難點問題，實現(xiàn)了高靈敏監(jiān)控水質(zhì)污染的目的[4-5]。管網(wǎng)監(jiān)控若發(fā)現(xiàn)異常，可及時趕往現(xiàn)場，進行深入取樣分析[6-7]，排查事故原因。采用GSM-GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸手段，強化了管網(wǎng)水質(zhì)數(shù)據(jù)的晝夜遙傳[8]，進一步實現(xiàn)了“智能水務”的戰(zhàn)略目標。

[1] 環(huán)境保護總局.水和廢水監(jiān)測分析方法[M].4版.北京:中國環(huán)境科學出版社,2002.

[2] 張標標,樊錦祥,林學聽,等.智慧環(huán)境[M].北京:清華大學出版社,2012.

[3] 張勝廣,張之津.感知城市-物聯(lián)網(wǎng)在城市應急預警系統(tǒng)中的應用[J].中國安防,2010,4(7):42-44.

[4] 孫克遙.長江口南通地區(qū)水源地水質(zhì)預警檢測系統(tǒng)探析[J].環(huán)境監(jiān)控與預警,2012,4(6):14-17.

[5] 姜偉,黃衛(wèi).集中式飲用水水源地環(huán)境監(jiān)控預警體系構(gòu)建[J].環(huán)境監(jiān)控與預警,2010,2(6):5-7.

[6] 環(huán)境保護總局.GB/T 5750.4-2006 生活飲用水標準檢驗方法[S].北京:中國環(huán)境科學出版社,2006.

[7] 吳俊,吳平,張妮,等.自來水管網(wǎng)水質(zhì)總懸浮顆粒濃度的晝夜監(jiān)測[J].環(huán)境研究與監(jiān)測,2014,27(3):15-18.

[8] 張軍,邢夢林,王瀟磊.河南省地表水自動監(jiān)控系統(tǒng)的設計與應用[J].干旱環(huán)境監(jiān)測,2013,27(4):174-178.

欄目編輯 周立平

Remote Monitoring of Low-chroma of Drinking Water in the Urban and Rural Water Network

WU Jun1,WU Ping2,LEI Yan1,XIAO Jin-Qiu1

(1.SchoolofElectronicandInformationEngineering,SuzhouUniversityofScienceandTechnology,Suzhou,Jiangsu215009,China;2.SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering,SuzhouUniversityofScienceandTechnology,Suzhou,Jiangsu215009,China)

In this paper,long optical path length spectrophotometry was used to determine the colority of water,which chose 480nm as the wavelength of monochromatic light. Compared with the conventional spectrophotometry,the sensitivity of this method was greatly improved with the optical path enhanced 10 times,which could be suitable for the determination of low-chroma water (<30 degree). The monitoring data was transmitted by GSM wireless communication system. So the real-time dynamic remote transmission of the water colority was realized,and the intelligent water system for early warning of unexpected water pollution accidents was established.

Colority; Spectrophotometry; Long optical path length colorimetric sensor; Wireless GSM-GPRS data transmission

2014-07-25；

2015-03-18

江蘇省科技廳前瞻性產(chǎn)學研基金資助項目(BY2011132)

吳俊(1978—)，男，工程師，碩士，主要從事計算機圖形學、無線環(huán)境傳感網(wǎng)絡、人工智能相關工作。

X657.31;TP393.17

B

1674-6732(2015)03-0011-03