饮用水管网水质重金属浓度遥测研究

饮用水管网水质重金属浓度遥测研究吴俊1，吴平2，朱彤丹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）摘要：基于EDTA试剂络合有颜色重金属离子变化为更深色的原理，采用长光程光度比色传感器来监测自来水管网的重金属总量浓度。长光程光度比色传感器采用了GSM-GRPS无线通信传输技术来实现数据的遥传，试验结果表明：此设计符合实时监测的要求。关键词：水质；重金属；在线监测技术中图分类号：X84文献标志码：A文章编号：1672－0687（2015）02－0069－04兰州自来水管网发生污染事故，引起全国高度警觉。不言而喻，城乡饮用水管网水质的昼夜监控问题必须重视起来。然而，水质微量重金属浓度的在线监测仍存在一定的技术难点[1－2]。它既要确保监测结果的精准性，又要实现结构简单的自动控制[3－4]。为此，试验采用长光程光度比色传感器进行水质重金属离子（Cu、Cr、Ni）总量的灵敏分析，利用EDTA（EthylenediamlnetetraaceticAcid）试剂和表观有颜色的重金属离子可生成稳定的络合物（加深了色泽）的机理[5]，实现水溶液微量重金属总量浓度的光度检测。另外，GSM（GlobalSystemforMobileCommunications）无线通信传输系统，以GPRS（GeneralPacketRadioService）分组交换技术[6]，将水质微量重金属总量的检测数据远程接入，实现两地之间快速实时数据传输[7]。笔者经过反复试验研究，取得了较理想的效果。1饮用水重金属检测的实验过程1.1检测分析水中重金属离子的基本原理EDTA（乙二胺四乙酸）试剂是特效氨羧络合剂。它能够和很多金属离子生成水溶性络合物。而Cu、Cr、Ni等重金属离子表观溶液本身具有蓝颜色。当它和EDTA发生络合作用，溶液的表观颜色会进一步加深，形成强化的增敏作用。溶液定量比色的灵敏度大幅提升。微量检测效果得到提高。虽然，此方法不能选择性的检测单组分浓度，它只能检测Cu、Cr、Ni等重金属的组合总量（无色的金属离子如Na、Ca、Mg、Fe等不会发生干扰）。然而，EDTA检测方法操作简单，非常适用水质在线自动监控和预警。文中试验以铜为代表，进行重金属总量浓度的检测分析。1.2试剂配制（1）Cu标准贮备溶液：称取CuSO4·5H2O0.3929g，溶于水后，加入1mLH2SO4（1+4）酸化，以水稀释至1L。此液浓度为100mg·L-1；（2）Cu标准使用溶液1mg·L-1：吸取上述贮备液10.0mL，以水准确稀释到1L；（3）EDTA溶液5%（m·V-1）：称取乙二胺四乙酸二钠盐（简称EDTA）50g溶于1L水中。1.3在线自动检测实验部件采样电磁阀（DC24V）、单色激光光源（650nm）、硅兰光电池组合隔离放大器（输出0-200mV）、DAM-70A/D电子模块（RS232输出）、嵌入式WINCEPC（北京兰海微芯公司）、恒流泵（5mL·min-1）、GRPS数据发送器、长光程比色传感器（500mm）（直径10mm玻璃管外套不锈钢材质，玻璃管两端以平面玻璃封口）。———————————————————[收稿日期]2014－09－12[基金项目]江苏省科技厅前瞻性产学研基金资助项目（BY2011132）[作者简介]吴俊（1978-），男，江苏苏州人，工程师，硕士，研究方向：无线环境传感网络，人工智能。第32卷第2期苏州科技学院学报（自然科学版）Vol．32No．22015年6月JournalofSuzhouUniversityofScienceandTechnology（NaturalScience）Jun．20152015年苏州科技学院学报（自然科学版）1.4饮用水管网水质重金属自动监测实验装置（如图1）图1管网水质重金属在线自动监测示意图昼夜自动控制连续监测操作过程：昼夜每隔4h运行自动监测一次。实时开启电磁阀后，管网的水样直接进入长光程光度比色传感器，进行参比采样检测（吸光值为0）。随后开启低流量恒流泵（5mL·min-1）1min，水样和EDTA试剂混合（显蓝色），关阀，即可进行水样显色吸光值测量。激光光源发出650nm线状单色红光。光电池接收透射的光强I并转换为电流信号，放大后隔离输出0-200mV，并进入DAM-70型A/D电子模块，实现数据RS232串行输出，WINCE触控PC的应用程序（C#语言编制）采集到实时检测信号数据后，完成吸光值及回归统计运算，最终得到水中重金属总量浓度值（mg·L-1）的结果，然后再将此计算结果数据或通过GPRS无线传输网发送到远端服务器存储。城乡某区域的自动采样检测点，一旦检测到超标数据，远端服务中心即可获得异常的数据信息，并可迅速