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基本信息

项目名称:
基于机器视觉的BOD在线检测方法的研究
小类:
机械与控制
简介:
本文提出了一种基于机器视觉的BOD在线检测方法的研究。首先通过显微机器视觉方法,在线自动获取污水水样的显微图像信息。进而在LABVIEW的环境下,采用先进的数字图像处理技术对所获图像进行处理。然后将处理后的结果进行查找,并将结果直观可视化输出。这种研究方法减少了化学方面对微生物进行监测所花费的时间和财力,从而对于水资源检测处理方面提供了更为有效的检测手段,并且对于产业化存在实际的意义。
详细介绍:
本作品以污水水样中的微生物识别及其数量的检测与计算为对象开展研究,其目的是开辟全新的污水BOD的检测方法,进而形成技术水平先进且具有自主知识产权的BOD在线监测仪表产品。作品采用显微机器视觉技术对污水水样连续采集数字图像样本,运用虚拟仪器技术和数字图像处理技术实时对样本中微生物进行识别,进而分析计算出单位体积污水中微生物的含量,并通过实验方法找出这些数值与BOD的数学关系,从而实现对BOD的在线测量。

作品图片

  • 基于机器视觉的BOD在线检测方法的研究

作品专业信息

设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标

BOD是衡量污水达标排放最重要指标之一。传统的检测方法主要有实验室分析和微生物传感器在线检测两种。实验室分析方法常常采用五日生化需氧量(BOD5)标准稀释法, 仍是目前国内外比较普遍采用的分析检测方法, 但该标准方法需要5天分析周期, 操作过程繁琐, 因而给环境监测带来了许多不便。用微生物传感器法测定BOD具有快速、简便和可重复性等特点, 具有较好的应用前景。BOD微生物传感器一般采用对有机物具有广泛降解能力、性质优良、无毒的耗氧微生物菌株作为有机污染物同化微生物, 并固定于传感敏感膜上,具有测量快速的特点,但造价较高,目前国内还没有成熟产品,这样的仪器基本靠进口,因此研究开发一种性能优良,价格适中的BOD在线监测仪器具有非常重要的理论意义和实际意义。 创新点:首次以视觉方式直接检测污水中微生物,来近似计算污水的BOD值。 技术关键:1、微生物数字图像获取技术;2、数字图像中微生物的标注方法;3、图像中微生物数量与BOD的关系模型。 主要指标:通过研究找到微生物数量与BOD的近似关系式。

科学性、先进性

目前BOD在线监测方法,主要采用微生物传感技术,BOD传感器的原理是基于微生物对有机物的耗氧代谢,从而产生光或电信号的改变,在10~15min内完成一个样品的测定,大大缩短了测定所需的时间。目前,国内外常见的BOD微生物传感器大多以氧电极作为二次传感来检测溶解氧浓度的变化,检测过程需不断消耗溶解氧,需要电解液和专用透氧膜等,系统的长期稳定性不够理想,制约了这类方法的进一步推广和应用。在BOD传感器的测量方式中,稳态测量方式被普遍使用。该方法在不断通空气和保持恒速搅拌条件下,通过测量加入有机物前后微生物呼吸作用变化的两个稳态的响应差值(ΔI) 而获得BOD值。近年来,初始速率测量方法在BOD传感器检测中开始受到人们的关注。从相关研究技术文献可以看出,对于目前的检测方法而言,缺少非接触性和实时性处理方面的考虑,因此本作品采用机器视觉、显微技术以及数字图像处理技术相结合的BOD在线检测的方法,在这方面可以说是一个开创性的研究。

获奖情况及鉴定结果

作品所处阶段

实验室阶段

技术转让方式

作品可展示的形式

模型

使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测

1、 特点与优势  检测周期短:采样、图像处理以及数值计算几乎在同时完成;  稳定性好:在这样的测量系统中,几乎不存在消耗器件因此长期运行稳定性好;  价格低:未来产品可采用集成技术,价格会大大降低; 2、 推广前景 随着人们保护环境意识的提高,特别是对水资源保护的不断加强,污水处理达标排放而来越多,因此各种污水检测仪表需求会越来越大,因此本项目的研究所形成的产品会有非常好的市场前景。 3、 经济效益分析 形成产品的市场价格大致可以控制在3万元以内,而一般的进口BOD在线检测仪表要在十几万元以上。

同类课题研究水平概述

(1)国外研究现状 1977年,日本科学家Karube首次从活性污泥中分离出混合菌种试制成功第一支BOD传感器,经过国内外20多年的不断探索,BOD微生物传感器已经有了长足的发展, 并在水污染控制和环境监测中得到较广泛应用。但在实际应用中还存在一些问题,如:由于缺乏具有广泛降解能力的微生物菌株, 大多数传感器还只能用于一类或几类水体的监测,不适于强酸、强碱、高盐度的特殊水质环境;由于微生物固定化技术的不完善。2000年S.M.Paixao等对照了两种商业化菌种分别用稀释接种法和测压法测定了葡萄糖2谷胺酸标准溶液的结果。2003年S.M.Paixao等用一种标准化土壤接种体和纯菌种做接种液,分别用稀释接种法和测压法测定葡萄糖2谷胺酸BOD5标准液 ,结果显示均可代替土壤悬浊上清液。 (2)国内研究现状 目前国内有多种BOD传感器的研究方法及产品问世. BOD传感器大致有这样几种类型:以溶氧电极为基础的微生物电极、以燃料电池电极与固定化微生物膜组成的微生物电极和以固定化微生物电极作阳极的生物燃料电池型, 目前应用最多的是以溶氧电极为基础的微生物电极,利用荧光淬灭原理的氧光纤化学传感器测量BOD具有实时、快速及在线等特点,但传感器的灵敏度、稳定性和使用寿命等方面距现场使用还有相当大的差距。。虽然我国也对微生物传感器快速测定BOD的方法订立了相应的标准并进行了相关的技术说明,但国内的BOD测定仪距离实际应用还有相当距离,大多数研究处于实验室阶段,少数形成产品的也存在诸多问题,主要体现在不同微生物膜的选择及适宜分析条件的确定,这一直都是环境监测者竞相探讨的问题。总之,开发适合中国国情的、性能优越且价格合理的快速BOD测定仪将是一项非常必要和迫切的重要研究课题。 (二)研究现状的分析及发展趋势 学者把大多数对于BOD检测的研究目光聚焦在生物膜以及化学处理方法上,但是对于在线实时检测这一方面研究较少。运用机器视觉平台和数字图像处理技术得出详细的BOD测量数据,是本次研究的目的所在。观测到的结果可以直观的反映出污水中大肠杆菌的变化,从而缩短了常规BOD检测所花费的时间,在污水处理,水资源保护等多个领域中都有着更广泛的应用前景。
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