[发明专利]一种基于LED多特征波长的水质COD检测方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于LED紫外多特征波长水质COD检测方法及装置。

背景技术

化学需氧量是水质污染最重要的指标。化学需氧量（Chemical  Oxygen 

Demand，COD）是指在一定的条件下，将 1L 水样中还原性物质氧化所消耗氧化剂的量，其结果折算成氧的含量。COD 是对水中含有的有机物和无机氧化物浓度的度量，反映了水体被污染的程度，是评价水体好坏的重要指标之一。水中还原性物质包括各种有机物、亚铁、亚硝酸、硫化物等。水体受到有机物污染是非常普遍的，COD 会过度消耗溶解在水体中的氧气，造成水体富营养化，对水生物如鱼类、藻类等带来不良影响，因此 COD 作为目前衡量水质状况的重要指标之一。

目前COD的测量方法主要有化学法和物理法两种。化学法是用强氧化剂将水样中的还原性物质氧化，再计算氧化剂的消耗量，最后折算成消耗氧的量。重铬酸钾（CODer）和高锰酸钾指数法（CODmn）是目前化学法中测量COD的典型方法。高锰酸钾法多用于分析较干净的地表水、地下水、饮用水，即低浓度COD测量；重铬酸钾法多用于工业废水和生活污水的分析，即较高浓度的COD测量。广泛用于实验室COD测量的还有库伦滴定法、比色法、催化消解法、TOC换算法、微波消解法等等。这些化学测量方法适用的水质浓度范围广，测量准确。但存在着以下缺点：

1、分析周期长，操作工序繁琐，管道系统复杂容易堵塞，可靠性差，故障率高，不适合实时在线监测。

2、监测频次低，采样误差打、监测数据不准确，不能及时反映排污状况；

3、铬、银等贵重金属试剂及硫酸汞会对环境造成二次污染，成本高。

物理法主要是基于Lambert-Beer定律的紫外吸光度法，即UV（Ultraviolet）法。目前国内外的COD测量仪大都采用双波长检测法，双波长检测法将同一光源分成两束，分别经过两个单色器（254nm和546nm），得到两束不同波长的单色光，利用斩光器使两束光以一定频率交替照射同一吸收池，然后被检测器接收。信号经处理系统计算得出两个波长的吸光度差值，吸光度差即与被测样品浓度成正比。双波长测定法消除了背景光、浊度、吸光池等的误差，大大提高了测定的准确度。但是还存在以下不足之处：

1、水体中的有机物组分不同，最大吸收峰并非都在254nm处；

2、悬浮物对吸光度产生干扰会增加COD的值；

3、适合对成分比较单一、相对成分比较稳定的污水进行COD测定，但实际应用的场合非常多，不同污水存在特定的吸收峰，只用254nm捕捉全部有机物非常困难，适用性不够广。

紫外多光谱扫描法相对于双波长检测法，其精度更高，检测范围和适用性更广。但紫外多光谱扫描装置透镜系统多，光强损失大，结构较复杂、精密度要求高，且成本较高。

发明内容

针对目前常用COD检测仪存在的不足之处，本发明的目的是提供一种检测范围广、结构简单的基于LED紫外多特征波长水质COD检测方法及装置，可以快速、准确的对水质COD值进行在线测量。

本发明提供的一种基于LED多特征波长的水质COD检测方法采用的技术方案是：通过对自配水样水质样本学习得到BP神经网络模型，再采用如下步骤：1）第一特征波长LED灯位于聚光管的入口处，第一步进电机保持不动，单片机控制系统中的单片机控制第二步进电机反转180度，将比色皿脱离光路主轴，测得第一特征波长LED灯的初始光强；单片机控制第二步进电机正转180度，比色皿回到原位，光源依次经聚光管、第一聚焦镜、比色皿中的待测水样、第二聚焦镜和光电二极管，光电二极管将接收的光信号转化为电信号放大后输入单片机，单片机测得第一特征波长处经待测水样吸收的光强，计算出待测水样在第一特征波长处的吸光度；2）单片机控制第一步进电机转动，转盘随第一步进电机至第二特征波长LED灯正好转至聚光管的入口处，重复步骤1），计算出待测水样在第二特征波长处的吸光度；3）单片机控制第一步进电机带动转盘继续同向转动，将第三特征波长LED灯转至聚光管的入口处，重复步骤1），计算出待测水样在第三特征波长处的吸光度；4）重复步骤3），计算待测水样在第四特征波长处吸光度，直至计算待测水样在第N特征波长处的吸光度，共得到N个特征波长处的吸光度值；5）根据得到的N个特征波长处的吸光度值，输入BP神经网络模型，计算得到被测水样的COD值。