基于等離子體與紅外光譜的水質檢測處理技術
作者：孫靖鈞、姜浩天、梁宏程、赫顯 電機系
指導老師：羅海云 電機系
關鍵詞：傅里葉紅外光譜、等離子體、水質
摘要
水對所有生命體都起著不可替代的作用，水資源問題一直都是熱點問題，然而隨著工業(yè)化進程不斷推進，飲用水水源有機污染程度日益嚴重傳統(tǒng)，同時傳統(tǒng)的水質檢測技術以及水處理工藝對有機污染物的檢測、處理不佳，面對這種現(xiàn)狀，我們致力于開發(fā)一種基于等離子體與紅外光譜的水質快速檢測與處理技術，并設計出相應的新型設備。
水質快速檢測
基于FTIR的原理，我們設計了水質快檢技術，包括檢測前、中、后的步驟規(guī)范與對樣品和結果的大數(shù)據算法等處理，極大地降低了水質檢測數(shù)據結果的分散性影響，從而實現(xiàn)FTIR在水質檢測上優(yōu)勢的發(fā)揮。在測試前對樣品進行針對性的預處理；在檢測操作過程中，將步驟規(guī)范化，通過多次實驗數(shù)據的對比分析，不斷調整并最終確定最佳的操作的方式與參數(shù)；在獲得數(shù)據后，依據多次對比實驗及分析結果確定一系列數(shù)據處理方法，包括確定最佳平滑因子，采取基線交互矯正等對譜圖進行處理，并充分利用大數(shù)據分析工具對譜圖數(shù)據進一步分析，利用主成分分析、誤差棒等算法提高掃譜結果有效性并獲得多維度數(shù)據與圖像的結果集，得到在定性與定量分析上都真正有效可靠的水質檢測結果。
圖1 新型水質檢測過程示意圖
圖2 水質檢測結果示意譜圖
水質高效處理
等離子體水處理屬于水處理高級氧化技術的一種，對水中有機物有非常好的去除效果。它通過化學或物理化學的方法將污水中的污染物直接氧化成無機物，或將其轉化為低毒的易生物降解的中間產物，具有反應時間短、對有機物降解無選擇性、環(huán)保等特點。
設備實現(xiàn)與實際效果
本次挑戰(zhàn)杯項目的設備實現(xiàn)有兩個突出的創(chuàng)新亮點。首先是形成一個操作閉環(huán)，檢測——處理——再檢測，用水質的快檢技術和處理技術進行雙向的驗證和效果評估，根據水質檢測結果分析處理參數(shù)的邊際效率，或者根據處理的操作來反向檢驗水質快檢的誤差，用這樣的雙向驗證和效果評估不斷錘煉技術的成熟度和可靠性。然后就是實現(xiàn)一體機，將兩種技術集成到一個新型設備上，并且盡可能的小型化，實現(xiàn)一個水質快檢和處理一體機，爭取能夠做到手持工作，預測這種設備會有較廣泛的需求并且能解決一些痛點。
圖3 水質檢測處理一體化流程
實際樣機如下所示：
圖4 樣機展示
圖5 樣機展示
圖6 樣機展示
圖7 實際運行效果
在實驗室中利用樣機進行細菌滅活實驗，處理效果如下所示：
圖8 實際菌落處理效果
