快照式成像光谱仪检测印染废水的研究

摘要

我国印染纺织业带动经济发展的同时，每年会排放大量对水环境有害的印染废水。印染废水成分复杂，对印染废水的快速检测是我国水质检测技术的一个挑战。快照式成像光谱仪可以在一个快门的积分时间内获取目标的三维光谱数据集，从而可以根据光谱信息地对目标进行检测。本课题旨在使用自主研发的快照式成像光谱仪，建立一种准确、快捷、简易、可现场检测印染废水的检测方法。
　　本文基于分光光度法原理，首先验证了仪器优良的图像获取性能，快速的光谱获取能力，以及532 nm处有优于11 nm的光谱分辨力，并将仪器用于液体样品的检测。选用罗丹明B染料废水为研究对象，优化检测条件。分析三种检测光源的优缺点，确定不同应用场景下的光源；设计用于检测的样品池，提高检测的精度和稳定性；分析背景光干扰对检测结果的影响，通过单因素方差分析，证明上方背景光可提高成像质量且对检测无影响。
　　用快照式成像光谱仪检测模拟印染废水。对于单一组分模拟废水，以白光LED阵列光源为检测光源，实验建立了橙黄G和罗丹明B0-50 mg/L范围内的标准曲线，确定了检测橙黄G和罗丹明B的检出限分别为0.837 mg/L和0.905 mg/L，对罗丹明B和橙黄G废水的回收率分别为93%-113%和102%-104%，相对标准偏差（RSD）分别为5.2%和1.3%；对于混合组分模拟废水，直接进行检测的误差较大，通过多元线性回归结合分光光度法建立了混合组分印染废水的检测模型，模型的拟合程度很高，利用建立的检测模型对样品进行检测可显著降低测量的相对误差。
　　用快照式成像光谱仪监测印染废水的脱色过程。设计了活性炭吸附和Fenton试剂氧化罗丹明B废水的反应装置，建立了罗丹明B废水在0.5-10 mg/L范围的标准曲线，判定系数R2大于0.99。用活性炭吸附罗丹明B废水，仪器监测到吸附过程中废水的光谱发生变化，且变化趋势与废水脱色现象一致；探究活性炭投加量对吸附效果的影响，绘制不同活性炭投加量下的的吸附曲线，得出随着活性炭投加量的增加，活性炭的吸附能力与吸附的速度均有所加强。在Fenton试剂氧化实验中，采用连续采样模式，监测450 s内废水的脱色过程，并探究不同过氧化氢投加量对脱色效果的影响，得出在5 mL/L的最佳过氧化氢投加量下，废水脱色率可达90.68%。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 成像光谱仪技术原理及研究现状

1.3染料废水的检测方法

1.4 本文的主要研究内容

第2章 实验材料与方法

2.1 实验试剂与实验仪器

2.2 实验方法

第3章 快照式成像光谱仪检测系统建立

3.1 引言

3.2 快照式成像光谱仪原理与结构

3.3 彩色图像测试

3.4 废水光谱图像及可见光谱的获取

3.5 检测条件优化

3.6 本章小结

第4章 模拟染料废水的检测

4.1 引言

4.2 单一组分染料废水的检测

4.3 混合组分染料废水的检测

4.4 本章小结

第5章 染料废水脱色过程监测

5.1 引言

5.2 颗粒活性炭吸附罗丹明B染料的监测

5.3 Fenton试剂氧化罗丹明B染料废水的监测

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢