環(huán)境水體石油類(lèi)污染現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)

郝湲琪

重慶市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心 重慶 401147

在人類(lèi)社會(huì)發(fā)展過(guò)程中，水資源逐漸成為生活與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要財(cái)富。對(duì)于環(huán)境水體而言，水中礦物油是最常見(jiàn)的污染物。而工業(yè)廢水內(nèi)的礦物油污染物則以原油開(kāi)采、加工以及運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)為主要來(lái)源，特別是石油類(lèi)物質(zhì)是最常見(jiàn)的水污染源。因全球地下儲(chǔ)油量較多，特別是使用與運(yùn)輸石油類(lèi)物質(zhì)的過(guò)程中，很容易使土壤內(nèi)部滲入泄漏的礦物油，進(jìn)而對(duì)水體造成污染。由此可見(jiàn)，深入研究并分析環(huán)境水體石油類(lèi)污染現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)十分有必要。

1 系統(tǒng)測(cè)量概述

在礦物油中，部分基團(tuán)能夠選擇性地吸收紅外光特征，也就是說(shuō)，被檢測(cè)樣品處于此特征波長(zhǎng)的位置，其吸收能力和礦物油含量呈現(xiàn)數(shù)學(xué)關(guān)系。為此，通過(guò)對(duì)油吸光度的檢測(cè)，即可獲取油的濃度。

1.1 測(cè)量原理

在礦物油中C-H鍵伸縮運(yùn)動(dòng)會(huì)吸收紅外區(qū)域部分特征波長(zhǎng)，因而在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)以此特征波長(zhǎng)部位的礦物油和吸光度關(guān)系為參考依據(jù)，進(jìn)而定量測(cè)定礦物油的含量。在光經(jīng)過(guò)溶液的時(shí)候，被吸收強(qiáng)度、溶液濃度與光通過(guò)距離之前存在特定關(guān)聯(lián)。根據(jù)朗伯-比耳定律，可對(duì)吸光度、溶液濃度與液層厚度定量關(guān)系作出描述：

根據(jù)公式分析，A即吸光度，I代表透射光強(qiáng)度，L是液層厚度的表示方法，K則表示被檢測(cè)物質(zhì)吸光的系數(shù)，C是物質(zhì)濃度的代表，而I0是入射光強(qiáng)度的代表。在公式中，K是比例常數(shù)，和入射光波長(zhǎng)以及物質(zhì)性質(zhì)存在直接關(guān)聯(lián)。為此，使用文字對(duì)朗伯-比耳定律進(jìn)行概括，即：?jiǎn)紊叫泄庀蛭战橘|(zhì)溶液垂直射入的時(shí)候，溶液吸光度和吸收物質(zhì)濃度、液層厚度乘積存在正比例關(guān)系[1]。

1.2 測(cè)量模型

在礦物油中，于3400微米波長(zhǎng)位置，環(huán)烷烴類(lèi)的C-H鍵與直鏈烷烴存在伸縮振動(dòng)吸收帶，所以在測(cè)量的時(shí)候可借助3400微米單一波長(zhǎng)。針對(duì)特定類(lèi)別油，組分與組分含量穩(wěn)定，因而吸收光譜的能力也相對(duì)穩(wěn)定，且吸收特定波長(zhǎng)光的能力也極強(qiáng)，為定量分析提供了必要幫助?？蓪⒌V物油多組分體系當(dāng)做整體做出分析，根據(jù)朗伯-比耳定律可知：，公式中的A代表了吸光度、k代表了吸光系數(shù)、c代表了濃度。

對(duì)于特定類(lèi)型的油，于特定波長(zhǎng)位置，吸光系數(shù)是常量，當(dāng)液層的厚度不變的情況下，kL是常量，使即可得出。結(jié)合以上理論可知，處于特定條件下，油濃度和吸光度為線(xiàn)性正比例關(guān)系，是檢測(cè)系統(tǒng)的基本模型，在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合油吸光度和濃度即可獲得線(xiàn)性關(guān)系，對(duì)油的濃度加以確定。

2 測(cè)量系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)是程序軟件的核心所在，在程序軟件運(yùn)行的過(guò)程中即可自動(dòng)測(cè)量油的濃度。通過(guò)設(shè)計(jì)程序軟件即可使系統(tǒng)硬件功能得到有效拓展，同樣實(shí)現(xiàn)了抗干擾措施的改進(jìn)與完善。以下將針對(duì)環(huán)境水體石油類(lèi)污染設(shè)計(jì)測(cè)量系統(tǒng)，借助現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)提高檢測(cè)工作的質(zhì)量與效果。

2.1 構(gòu)建軟件模型

在系統(tǒng)軟件模型中，可通過(guò)兩方面體現(xiàn)出來(lái)：

一方面，過(guò)程模型，即結(jié)合軟件系統(tǒng)和外部環(huán)境關(guān)系，對(duì)外部實(shí)體和軟件間數(shù)據(jù)流加以確定，進(jìn)而創(chuàng)建目標(biāo)系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖（圖1）。根據(jù)圖示內(nèi)容可知，數(shù)據(jù)流僅存在一個(gè)可對(duì)目標(biāo)軟件系統(tǒng)加以代表的處理功能，所以系統(tǒng)外部實(shí)體與數(shù)據(jù)流相對(duì)簡(jiǎn)單[2]。

另一方面，控制模型。對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)事件的描述可通過(guò)控制流圖表示出來(lái)，進(jìn)而了解系統(tǒng)狀態(tài)的改變。通常來(lái)講，控制模型描述內(nèi)容同樣可借助狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖加以描述，而其各節(jié)點(diǎn)均代表系統(tǒng)可能出現(xiàn)的狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)加電以后即可進(jìn)入“待機(jī)狀態(tài)”，此時(shí)系統(tǒng)只能夠?qū)τ脩?hù)開(kāi)機(jī)指令接收，在斷電以后即退出系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)對(duì)關(guān)機(jī)指令接收并處理的情況下，如果檢測(cè)池內(nèi)存在液體，系統(tǒng)即可自動(dòng)處理排液。

2.2 劃分功能模塊

綜合考慮系統(tǒng)“松耦合”與“高內(nèi)聚”基本設(shè)計(jì)原則，可對(duì)系統(tǒng)功能模塊加以劃分，如圖2所示：

2.3 劃分任務(wù)

對(duì)于目標(biāo)系統(tǒng)軟件而言，一般可通過(guò)多任務(wù)并發(fā)模型得以實(shí)現(xiàn)，結(jié)合邏輯功能與特定原則，即可將邏輯功能細(xì)化相應(yīng)的任務(wù)，借助特定策略調(diào)度執(zhí)行，以將其邏輯功能充分體現(xiàn)出來(lái)[3]。

其一，用戶(hù)命令處理功能，通過(guò)對(duì)鍵盤(pán)的監(jiān)視對(duì)用戶(hù)指令予以接收，結(jié)合指令要求執(zhí)行并對(duì)相應(yīng)的模塊加以調(diào)用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)排液、清洗以及系統(tǒng)開(kāi)機(jī)等多項(xiàng)任務(wù)指令。

其二，信息顯示功能。此模塊的主要功能就是將系統(tǒng)軟件內(nèi)各模塊輸出的信息向LCD內(nèi)傳輸。

其三，數(shù)據(jù)處理功能。在對(duì)測(cè)量控制模塊所發(fā)送的激活命令接收以后，此模塊即可對(duì)系統(tǒng)內(nèi)相應(yīng)的配置信息進(jìn)行讀取，進(jìn)而確定采用呢一模型對(duì)測(cè)量吸光度加以處理。若配置模式選擇成基本模型，而吸光度超過(guò)此模式但閥數(shù)值，那么此時(shí)系統(tǒng)即可向RBFNN模式自動(dòng)轉(zhuǎn)換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)計(jì)算目標(biāo)。

其四，測(cè)量控制功能。當(dāng)對(duì)啟動(dòng)檢測(cè)指令接收以后激活處理，同時(shí)將控制信息發(fā)送給測(cè)量邏輯，進(jìn)而獲取樣液內(nèi)油具體吸光度。隨后，激活指令將發(fā)送給數(shù)據(jù)的處理模塊，以完成模型配置的任務(wù)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在以上研究中，即可油含量的測(cè)量機(jī)理等多方面內(nèi)容，重點(diǎn)研究了檢測(cè)水中油含量的理論內(nèi)容，并構(gòu)建系統(tǒng)模型，科學(xué)設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，借助油類(lèi)污染現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)研發(fā)出與現(xiàn)場(chǎng)使用需求相吻合的檢測(cè)手段，進(jìn)而為環(huán)境水體石油類(lèi)污染的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)工作提供必要幫助。