| 姓名 |
陳立正(Li-Cheng Chen)
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畢業系所 |
環境工程研究所在職專班 |
| 論文名稱 |
排放口水質與水量即時自動監測系統之初步研發
(Preliminary development of discharge water quality and water amount real time monior system)
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| 摘要(中) |
本研究係運用三角量測原理、朗伯-比爾定律、牛頓第三定律、流體靜力學與光學影像設備，以光學非接觸性量測技術，針對水質與水量等項目運用雷射光源、網路數位攝影機及數位影像處理技術，擷取及分析量測水面雷射光源投射光點距離與量測水樣散射光譜之機制與方法，發展可自動即時監測水位、水量、水中SS濃度等水體資訊。冀望研發一套功能完整的排放口水質與水量自動監測系統，以提供廢水處理廠管理人員、系統操作人員即時掌握與判斷處理系統功能穩定性，或裝設於特定廠商排放口，作為水質與水量處理費計算佐證工具，另亦可當作環保管理單位執行中之廢水處理廠排放口即時監測網路連線示範計畫之輔助工具。
研究成果之水量測驗證結果與真實水量之相對誤差為1.50%，已符合實廠設置功能需求，而SS量測誤差百分比依紅光源與綠光源測定結果分別為21.79%與25.11%左右，主要因量測水樣SS濃度偏低導致誤差偏高，如依光學影像推估值與標準方法檢測數據比對結果，證明本裝置於量測SS濃度具有一定程度的之準確性，未來經設備與方法改良即可提升量測準確性及穩定性，且再結合COD虛擬監測系統構築成一套多參數水質項目與水量即時自動監測系統，就可取代市面單一水質監測儀器，建立功能完整之自動操作系統並落實污染預防與整治管理工作。
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| 摘要(英) |
This research uses the Triangle Measure Theory, the Beer-Lambert’s Law, the NEW ton’s Third Law, the Fluid Static’s and the optical image instrument. By using optical non-contact measurement technology, to gather and analyze the distance of laser light reflection location on measured water surface and scattering optical spectrum of measured water specimen, an auto- monitor mechanism of water level, water amount and water’s suspend solid percentage is developed. The research expects to invent a machine of integrated monitor function of discharge water amount and quality, which can support system operator of the waste water facility to control and measure capability of treatment system. The monitor machine can be set at an effluent location of specific factory so as to calculate the waste water management fee. The monitor machine also can be an assistant tool when acting the network monitoring plan of the
environmental management agency at waste water Treatment facility’s effluent.
It is found by the research that the relative error between measured and real water is 1.50%. The value already conforms to the demand of operating facility, Yet the measure error percentage for suspend solid of red laser and green laser is 21.79% and 25.11%. It’s mainly because the percentage of suspend solid water sample is too law so as to produce high error percentage. However, it is proofed by the data of standard method and the data of optical image analysis method that the device can accurately measure the SS value. It is convinced that with improvement of the instrument, and combination of virtual monitor system for chemical oxygen demand, the multiple real time auto monitor system can replace single water quality monitor instrument on market recently.
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| 關鍵字(中) |
★ 三角量測原理
★ 放流水標準
★ 朗柏-比爾定律
★ 光學影像設備 |
關鍵字(英) |
★ Discharge Standard
★ Triangle Measure Theory
★ Beer-Lambert's law
★ Optical Image Insrtument |
| 論文目次 |
致謝 I
摘要 II
Abstract I
目錄 I
表目錄 I
圖目錄 I
第一章 前言 1
1.1 前言 1
1.2 研究目的 2
第二章 文獻回顧 3
2.1 國內廢水處理廠水質與水量自動量測發展現況 3
2.2 光學感測與影像分析相關應用 7
2.2.1 光學感測及影像分析與距離關係 9
2.2.2 影像與水量、水位關係 10
2.3 水質與光譜關係 13
2.4 懸浮固體與光譜關係 14
第三章 研究方法 15
3.1 研究流程 15
3.2 雷射光學影像水質與水量量測原理 16
3.2.1 雷射光學影像水位量測原理 17
3.2.2 數位影像水量量測原理 19
3.2.3 雷射光學影像SS量測原理 21
3.3 雷射光學影像與數位影像水質與水量量測方法 23
3.3.1 雷射光學影像水位、水量量測方法 23
3.3.2 數位影像分析閥門角度 32
3.3.3 建立閥門開啟角度與水量計算方法 34
3.3.4 雷射光源與靜水壓力關係 35
3.4 雷射光學影像SS量測方法 36
3.5 量測裝置設計與建置 44
3.5.1 量測裝置設計與組裝 44
3.5.2 數位影像法操作程式執行流程 46
3.5.3 量測系統測試與調整 47
3.6 系統測試與驗證 52
3.6.1 量測裝置硬體與軟體測試 53
3.6.2 量測裝置測試與校正 53
3.6.3 水位與水量測試與驗證 53
3.6.4 SS測試與驗證 54
第四章 結果與討論 57
4.1 量測元件測試與校正 57
4.1.1. 網路攝影機之穩定性測試 58
4.1.2. 網路攝影機校正曲線之建立 61
4.1.3. 網路攝影機鏡頭之校正 63
4.1.4. 監測系統之水平校正 65
4.1.5. 影像擷取與分析測試 65
4.1.6. 小結 67
4.2 水量量測測試與驗證之探討 69
4.2.1. 槽體模廠靜態水位量測結果 69
4.2.2. 模廠動態水位量測結果 72
4.2.3. 模廠動態水量量測結果 74
4.2.4. 小結 77
4.3 SS濃度量測測試與驗證之探討 78
4.3.1. 紅雷射光源計算SS濃度量測結果 78
4.3.2. 綠雷射光源計算SS濃度量測結果 82
4.3.3. 小結 86
4.4 水質與水量自動監測系統建置成果 86
4.4.1. 硬體建置成果 86
4.4.2. 軟體撰寫完成結果 89
4.5 成本效益評估 91
第五章 結論與建議 95
5.1 結論 95
5.2 建議 96
參考文獻 98
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| 參考文獻 |
1.Zhang, Z., Q. Feng, Z. Gao, C. Kuang, C. Fei, Z. Li and J. Ding, “A new laser displacement sensor based on triangulation for gauge real-time measurement,” Optics & Laser Technology, Vol. 40, pp. 252–255, (2008).
2.Degouet, C., B. Nsom, E. Lolive and A. Grohens, “Advances and Innovations in Systems, Computing Sciences and Software Engineering,” Advances and Innovations in Systems, Computing Sciences and Software Engineering, pp. 537-542, (2007).
3.江志威，「水位與SS即時自動監測技術與裝置之發展與建立」，國立中央大學環境工程研究所碩士論文，(2009)。
4.陳信豪，「應用廢水水質自動監測系統於污水處理廠操控之研究」，國立中央大學環境工程研究所碩士論文，(2007)。
5.鄭禹祥，「COD、SS及流量即時自動監測系統之發展與建立」，國立中央大學環境工程研究所碩士論文，(2007)。
6.廖憶華，「以光學頻譜分析定性及定量廢水水質特性之研究」，國立中央大學環境工程研究所碩士論文，(2006)。
7.王祥洲，「廢水處理系統光學監測系統之發展－非接觸式廢水流量與色度監測技術之建立」，國立中央大學環境工程研究所碩士論文，(2004)。
8.李明靜，「河川表面流速與流量非接觸式量測方法之發展及應用」，國立成功大學水利及海洋工程學系碩博士論文，(2003)。
9.李四海，「河口表層懸浮泥沙氣象衛星遙感定量模式研究」，遙感學報，卷 5,頁 154-160，(2001)。
10.歐陽嶠暉，「下水道工程學」三版，長松文化公司，頁218-220，(2000)。
11.環境保護署，環境檢測方法－懸浮固體量測方法。
12.環境保護署，環境檢測方法－濁度計量測方法
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| 指導教授 |
廖述良(Shu-Liang Liaw)
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審核日期 |
2009-8-31 |
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