远程监控城乡管网饮用水的低量色度

吴俊，吴平，雷岩，肖金球

(1.苏州科技学院电子与信息工程学院，江苏 苏州 215009；2.苏州科技学院环境科学与工程学院，江苏 苏州 215009)



远程监控城乡管网饮用水的低量色度

吴俊1，吴平2，雷岩1，肖金球1

(1.苏州科技学院电子与信息工程学院，江苏 苏州 215009；2.苏州科技学院环境科学与工程学院，江苏 苏州 215009)

选用480 nm单色光及长光程技术进行吸光光度分析，测定水质色度。通过对比普通分光光度法可知，吸光光度测试的光程长度增加10倍，测试灵敏度显著提高，从而保证低色度饮用水(<30度)的测定精准度。监测的色度数据利用GSM无线通信传输系统，可实现对水质色度监测结果的远程实时动态遥传，为预警突发性水污染事故提供数据支撑。

色度；分光光度法；长光程比色传感器；无线GSM-GPRS数据传输

水的浊度、色度与饮用水安全密切相关，城市布点高标准地遥测这些指标，预警突发事故，显得十分必要。卫生监督人员常采用目测比色法测定饮用水色度，虽然简单，但存在视觉误差且无法实现昼夜自动监控[1]。采用长光程比色传感器进行在线比色检测研究并利用GSM通信传输系统，以GPRS无线分组交换技术，将水质色度传感的数据远程接入，可快速、低耗地完成端到端的实时数据传输，实现昼夜自动监测。

1 水色度传感的检测实验

1.1 饮用水色度标准色列配制

铂钴色度标准溶液：称取1.246 g氯铂酸钾及1.000 g氯化钴，溶于100 mL水中，加入100 mL盐酸用水定容至1 000 mL，其色度为500度标液。

标准色列配制：准备多根清洗过的50 mL比色管，分别加入0,0.25,0.50,1.00,2.00,3.00,4.00,5.00 mL标准溶液(500度),用水稀释至标线，混匀。各管的色度依次为0,2.5,5,10,20,30,40,50度。

1.2 色度检测实验部件

采样电磁阀；长光程光度比色皿(20 cm，玻璃材，自制)；高亮度发光二极管(单色波长480 nm和620 nm)；光电池及直流放大器(输出0～+200 mV)；DAM-70 A/D转换模块(RS232输出)；嵌入式WINCE触控PC(北京兰海微芯公司)；GPRS数据发送器。

1.3 色度自动检测实验装置

开启电磁阀,实时采样饮用水进入长光程比色传感器，分别点亮发光管光源480 nm和光源620 nm,先后进行吸收光度测量(A1，A2)；关闭电磁阀并开启恒流微泵，将蒸馏水自动引入比色传感器,以此作为参比(吸光值为0)；测水样时，光电池接收光转换电信号并经放大后输出0～200 mV直流信号，然后采集进入A/D转换模块和WINCE触控PC，再按预先编制的程序，进行数据处理；获得的实时色度结果储存下来，并通过GPRS数据发送器，利用共享无线信道，进行可靠的远程数据传送，自动检测装置见图1。

图1 管网饮用水色度在线自动检测装置

2 长光程比色(200 mm)传感饮用水色度检测

2.1 标准色度溶液的光吸收曲线

以铂钴标准色度溶液进行可见光波段的吸光值扫描检测，并绘制吸收曲线，见图2。由图2可见，自来水色度光吸收峰在480 nm处，在620 nm光波处基本不吸收。因此，可选用480 nm测定吸收光值A1(自来水色度浊度测值之和)；选择620 nm处测定水样吸收光值A2(浊度测值)，2者差值即为水样色度吸光值A。

图2 水色度检测吸收曲线

2.2 普通分光光度和长光程光度比较

采用铂钴色度标准溶液，配制5个色度水样：2.3，5.5，9.6，18和25度，在480 nm和620 nm处，分别采用721型分光光度计(2 cm比色皿)和长光程比色传感器(20 cm比色皿)两种测量方法，测得吸光值A1和A2，相减后得到色度吸光值A，见表1。

表1 两种光程测定比较

①721型分光光度计(2 cm比色皿)；②长光程比色传感器(20 cm比色皿)

由表1可见，水样色度的低值(5.5度)和高值(25度)两种光程光度吸光值差异值分别为0.09和0.263。分别测试灵敏度：灵敏度(L)=两种光程光度吸光值之差/色度差。计算可得长短光程的灵敏度分别为0.010 7和0.003 67。吸光光度测试的光程长度加大10倍，测试灵敏度显著提高，保证了低色度饮用水(<30度)的测定精准度。不同光程的检测回归直线的斜率差异显著，见图3。

图3 管网饮用水色度检测曲线

2.3 长光程色度测定精确度分析

以标准配制色度溶液(Pt-Co)25度为水样，重复8次检测见表2，精密度较好。以色度标准溶液(Pt-Co)18度为水样，进行加标量测试见表3。分别取苏州不同区域的自来水水样进行色度的实测见表4。由表4可见，管网自来水的色度基本都在12度以下，符合《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-85)中色度<15度的管网指导值范围。

表2 水样色度精密度分析(标准色度25度溶液)

表3 加标回收试验

表4 2014年6月苏州4个区域水样色度测定

2.4 长光程光度传感测定管网水色度的特点

(1)长光程(20 cm)光度法是在线监测新技术，能有效提高分析灵敏度、减小测量误差；

(2)利用不同可见光波段(480 nm和620 nm)，可同时检测饮用水的低量色度和透射浊度(FAU)。

3 管网水质色度自动监测遥传概述

昼夜水质周期监测一般控制几小时一次的自动采样和水质检测。长光程光度传感的数据信号，经过隔离放大器和模数转换(A/D)，直接输入嵌入式WINCE触控PC机(现场机)。触控PC起到承上启下的智能作用，一方面完成控制中枢的关键作用，另一方面实现人机交互的触控操作。城乡自来水管网水质的昼夜实时监测，其数据通过无线传输方式，构成网络通信系统。GPRS技术充分利用了GSM网络中个别带宽的信道资源，实施速度快，漏误码低，采集数据实时性强[2-3]。

4 结语

水质色度的监测可对管网水质污染发挥监控和预警的关键作用。长光程传感技术解决了自来水低浓度色度在线精准检测的难点问题，实现了高灵敏监控水质污染的目的[4-5]。管网监控若发现异常，可及时赶往现场，进行深入取样分析[6-7]，排查事故原因。采用GSM-GPRS无线数据传输手段，强化了管网水质数据的昼夜遥传[8]，进一步实现了“智能水务”的战略目标。

[1] 环境保护总局.水和废水监测分析方法[M].4版.北京:中国环境科学出版社,2002.

[2] 张标标,樊锦祥,林学听,等.智慧环境[M].北京:清华大学出版社,2012.

[3] 张胜广,张之津.感知城市-物联网在城市应急预警系统中的应用[J].中国安防,2010,4(7):42-44.

[4] 孙克遥.长江口南通地区水源地水质预警检测系统探析[J].环境监控与预警,2012,4(6):14-17.

[5] 姜伟,黄卫.集中式饮用水水源地环境监控预警体系构建[J].环境监控与预警,2010,2(6):5-7.

[6] 环境保护总局.GB/T 5750.4-2006 生活饮用水标准检验方法[S].北京:中国环境科学出版社,2006.

[7] 吴俊,吴平,张妮,等.自来水管网水质总悬浮颗粒浓度的昼夜监测[J].环境研究与监测,2014,27(3):15-18.

[8] 张军,邢梦林,王潇磊.河南省地表水自动监控系统的设计与应用[J].干旱环境监测,2013,27(4):174-178.

栏目编辑 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

江苏省科技厅前瞻性产学研基金资助项目(BY2011132)

吴俊(1978—)，男，工程师，硕士，主要从事计算机图形学、无线环境传感网络、人工智能相关工作。

X657.31;TP393.17

B

1674-6732(2015)03-0011-03