基于等离子体与红外光谱的水质检测处理技术

作者：孙靖钧、姜浩天、梁宏程、赫显 电机系

指导老师：罗海云 电机系

关键词：傅里叶红外光谱、等离子体、水质

摘要

水对所有生命体都起着不可替代的作用，水资源问题一直都是热点问题，然而随着工业化进程不断推进，饮用水水源有机污染程度日益严重传统，同时传统的水质检测技术以及水处理工艺对有机污染物的检测、处理不佳，面对这种现状，我们致力于开发一种基于等离子体与红外光谱的水质快速检测与处理技术，并设计出相应的新型设备。

水质快速检测

基于FTIR的原理，我们设计了水质快检技术，包括检测前、中、后的步骤规范与对样品和结果的大数据算法等处理，极大地降低了水质检测数据结果的分散性影响，从而实现FTIR在水质检测上优势的发挥。在测试前对样品进行针对性的预处理；在检测操作过程中，将步骤规范化，通过多次实验数据的对比分析，不断调整并最终确定最佳的操作的方式与参数；在获得数据后，依据多次对比实验及分析结果确定一系列数据处理方法，包括确定最佳平滑因子，采取基线交互矫正等对谱图进行处理，并充分利用大数据分析工具对谱图数据进一步分析，利用主成分分析、误差棒等算法提高扫谱结果有效性并获得多维度数据与图像的结果集，得到在定性与定量分析上都真正有效可靠的水质检测结果。

图1 新型水质检测过程示意图

图2 水质检测结果示意谱图

水质高效处理

等离子体水处理属于水处理高级氧化技术的一种，对水中有机物有非常好的去除效果。它通过化学或物理化学的方法将污水中的污染物直接氧化成无机物，或将其转化为低毒的易生物降解的中间产物，具有反应时间短、对有机物降解无选择性、环保等特点。

设备实现与实际效果

本次挑战杯项目的设备实现有两个突出的创新亮点。首先是形成一个操作闭环，检测——处理——再检测，用水质的快检技术和处理技术进行双向的验证和效果评估，根据水质检测结果分析处理参数的边际效率，或者根据处理的操作来反向检验水质快检的误差，用这样的双向验证和效果评估不断锤炼技术的成熟度和可靠性。然后就是实现一体机，将两种技术集成到一个新型设备上，并且尽可能的小型化，实现一个水质快检和处理一体机，争取能够做到手持工作，预测这种设备会有较广泛的需求并且能解决一些痛点。

图3 水质检测处理一体化流程

实际样机如下所示：

图4 样机展示

图5 样机展示

图6 样机展示

图7 实际运行效果

在实验室中利用样机进行细菌灭活实验，处理效果如下所示：

图8 实际菌落处理效果