【文章內(nèi)容簡介】 應(yīng)用方框圖 ..................................................................................... 25 管腳描述 ......................................................................................... 25 電氣參數(shù) ......................................................................................... 27 音頻輸出線路設(shè)計(jì) ......................................................................... 28 4 主要部件選型及參數(shù) ......................................................................................... 29 芯片 ........................................................................................................... 29 電阻 ........................................................................................................... 29 晶振的選擇 ............................................................................................... 29 三極管的選擇 ........................................................................................... 29 5 實(shí)物部件的組裝 .................................................................................................. 30 iv 結(jié)論 ......................................................................................................................... 33 致謝 ......................................................................................................................... 36 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................. 36 附錄 ......................................................................................................................... 37 1 1 緒論 生活飲用水水質(zhì)與人們的身體健康和日常生活緊密相關(guān)。由于水廠水源受到污染，許多出廠水水質(zhì)不能達(dá)到國家生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。研究表明，常規(guī)凈水工藝不能去除原水致突變物，而且加氯 處理后，其出廠水的致突變陽性率經(jīng)常高于未經(jīng)處理的原水。水凈化工藝越來越受到人們的重視，而大規(guī)模改造現(xiàn)有水廠的生產(chǎn)工藝從經(jīng)濟(jì)上尚不可行。在這種背景下，膜分離技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，特別是對(duì)水中日益增多的致病微生物與有毒有害的有機(jī)物等限值的嚴(yán)格要求，使得膜技術(shù)在飲用水處理中的應(yīng)用越來越廣泛。膜工藝制備飲用水技術(shù)概述 飲用水制備技術(shù)的發(fā)展歷程早在 3000 年前的印度和中國，就有利用過濾來改善飲用水水質(zhì)的記錄?？偟膩碚f，水質(zhì)問題的發(fā)展經(jīng)歷了 3 個(gè)階段：第一階段，致病菌如傷寒桿菌、霍亂弧菌、痢疾桿菌等病菌的介水傳染問題，從 1908 年采用加氯消毒后基本得以解決；第二階段，重金屬如汞、鎘等的污染問題，通過多種方法治理工業(yè)污水而得以解決；第三階段，即當(dāng)前階段，有機(jī)物對(duì)水的污染問題，在有機(jī)物污染中可能存在致害物、致突變物、致畸物 目前，去除飲用水中“三致”廢水最有效的技術(shù)即為膜法，膜技術(shù)按照過濾精度分主要包括微濾、超濾、納濾和反滲透技術(shù)。 隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，人們的生活水平和質(zhì)量也在不斷提高，飲用水 —這個(gè)維持生命第一要素已經(jīng)由原來的自來水廠漂白粉消毒處理，甚至河水，雨水的簡單沉淀后，改造為高度凈化的純凈水和富含人體所需微量元素的礦 泉水。眾所周知，美國宇航局計(jì)劃投資 億美元建造太空廁所，這費(fèi)用實(shí)在高的離譜。盡管標(biāo)價(jià)昂貴但廁所并非純金制造，知識(shí)有一個(gè)很別致的功能 —— 可以把尿液轉(zhuǎn)化為飲用水。其昂貴的制水過程不僅能把尿液過濾成水，而且能從濕毛巾中吸滲出可飲用的水分，美國宇航局官員表示，這種轉(zhuǎn)換水比美國的自來水更潔凈。這其中用到的最重要的一項(xiàng)技術(shù)就是現(xiàn)在流行的膜過濾技術(shù)。 在當(dāng)今生活中，膜過濾技術(shù)一般用于家用飲水機(jī)或者工廠，水凈化工藝越來越受到人們的重視，而大規(guī)模改造現(xiàn)有水廠的生產(chǎn)工藝從經(jīng)濟(jì)上尚不可行。在這種背景下水過濾技術(shù)應(yīng)用而生，在我 國直飲水機(jī)主要靠過濾實(shí)現(xiàn)，其工藝過程包括前置超濾膜、食用級(jí)陽離子交換樹脂、發(fā)絲活性炭、能量活水素、 顆粒椰殼活 2 性炭 、 后置超濾膜 、 液體激活器 幾個(gè)過程。但是一旦時(shí)間太久過濾網(wǎng)就會(huì)失去作用，無法完成有效的過濾過程，這樣水質(zhì)就會(huì)變壞，如果人們無法察覺這種變壞就會(huì)給人們健康生活帶來問題。在國外這種水質(zhì)時(shí)時(shí)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)展比較早，現(xiàn)在已趨于成熟。但是在國內(nèi)起步較晚，而這種應(yīng)用于飲水機(jī)的時(shí)時(shí)報(bào)警系統(tǒng)上未普遍應(yīng)用。 國外水質(zhì)安全性評(píng)價(jià)體系及方法 世界范圍內(nèi)具有代表性的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)有三部：世界衛(wèi)生組織（ WHO）的《飲用水水質(zhì)準(zhǔn)則》、 歐盟 (EC)的《飲用水指令》以及美國環(huán)保局（ USEPA）的《國家飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》。其他國家或地區(qū)的飲用水標(biāo)準(zhǔn)大都以這三種標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)或重要參考，來制定本國國家標(biāo)準(zhǔn)。 對(duì)于水質(zhì)安全性的評(píng)價(jià)，首先是確定影響水質(zhì)安全性的污染物的目標(biāo)濃度限值。目前，在水中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了 2020 多種類別的化學(xué)污染物，在飲用水中已鑒別出數(shù)百種污染物，但是不可能對(duì)飲用水中鑒別出的每種化合物都制定標(biāo)準(zhǔn)限值。這不僅是因?yàn)闆]有足夠的科學(xué)資料制定如此多的標(biāo)準(zhǔn)，更是由于沒有必要。應(yīng)從實(shí)際出發(fā)，選擇一定數(shù)量的指標(biāo)確定標(biāo)準(zhǔn)限值。 制定標(biāo)準(zhǔn)限值是 以現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和科學(xué)研究資料為依據(jù)。如果科學(xué)依據(jù)不充分，就無法制定限值， 即使是客觀上需要的限值，也只能暫不納入標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于飲用水中已檢出的低濃度污染物，甚至低于檢出限，并且不能經(jīng)常檢出，就沒有必要制定限值。只有當(dāng)污染物含量達(dá)到一定水平，有造成危害的可能性，而且檢出頻率高時(shí)，才有制定限值、進(jìn)行檢測(cè)的必要性。對(duì)于在飲用水中經(jīng)常檢出，并含有一定濃度的化學(xué)物質(zhì)，當(dāng)其具有明顯衛(wèi)生學(xué)意義時(shí)，應(yīng)列入需要優(yōu)先確定限值的物質(zhì)名單。為使制定的限值具有可行性，在飲用水中已存在的化學(xué)物質(zhì)濃度范圍也是確定限值數(shù)值時(shí)必須考慮的關(guān)鍵因素。對(duì) 化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)所需資料主要有兩 方面來源，一是人群流行病學(xué)調(diào)查，二是動(dòng)物的毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)研究?？茖W(xué)的人群流行病學(xué)調(diào)查可提供最有價(jià)值的資料，為制定化學(xué)物質(zhì)限值提供最直接的依據(jù)。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究是在嚴(yán)格控制的條件下進(jìn)行的，可獲得明確的劑量 —— 反應(yīng)關(guān)系，是安全性定量評(píng)價(jià)的重要基礎(chǔ)資料，也是制定限值的主要科學(xué)依據(jù)。為了確 3 保飲用水水質(zhì)安全，必須進(jìn)行經(jīng)常性的水質(zhì)監(jiān)測(cè)以及在特定情況下的水質(zhì)檢驗(yàn)，從而基于標(biāo)準(zhǔn)限值評(píng)價(jià)飲用水的安全性。如果沒有可行的檢驗(yàn)方法，就無法了解飲用水中污染物特別是化學(xué)物質(zhì)的污染水平，因而無法進(jìn)行安全性 評(píng)價(jià)。所以只有對(duì)已經(jīng)具有可行檢驗(yàn)方法的物質(zhì)才能納入標(biāo)準(zhǔn)。另一方面，隨著水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，相應(yīng)地，對(duì)于水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)的要求越來越高。這種要求引起了兩個(gè)不同方向的發(fā)展： （ 1）對(duì)于儀器方法的精度、準(zhǔn)確度，尤其檢出限要求越來越高，因?yàn)殡S著水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)提高， 水質(zhì)指標(biāo)濃度越來越低，對(duì)于原來儀器方法的檢出限值提出了挑戰(zhàn)，促進(jìn)儀器進(jìn)一步改進(jìn)發(fā)展，提高靈敏度和檢出限。 （ 2）對(duì)于儀器方法的監(jiān)測(cè)速度提出了更高的要求，原因是新的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于水質(zhì)合格的保證率要求日益提高，需要提高監(jiān)測(cè)技術(shù)的速率和頻率，保證水質(zhì)合格率達(dá)到規(guī)定的要求。這 種要求促進(jìn)監(jiān)測(cè)技術(shù)在兩個(gè)方面提高監(jiān)測(cè)速度，一方面是提高原有儀器方法的分析檢測(cè)速度，大大縮短監(jiān)測(cè)時(shí)間；另一方面是促進(jìn)了儀器小型化和在線化，大量的在線監(jiān)測(cè)分析技術(shù)和儀器產(chǎn)品得到了開發(fā)應(yīng)用。 國內(nèi)凈化水情況 國新的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》結(jié)合我國的國情與實(shí)際而制定，體現(xiàn)國際先進(jìn)水平的要求，也具有可操作性。此次標(biāo)準(zhǔn)的修訂，在我國城市供水水質(zhì)現(xiàn)狀和多 年 積 累 資 料 的基礎(chǔ)上，吸取 了 國外水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)性和科學(xué)性，比較符合我國目前的發(fā)展需要。在整體指標(biāo)結(jié)構(gòu)和數(shù) 量 方面，已經(jīng)基本接近世界先進(jìn)水平（見表 1）。 水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展趨勢(shì) 研 究比較各國水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展過程，對(duì)微生物、消毒劑及其副產(chǎn)物對(duì)人體的影響越來越重視，對(duì)指標(biāo)的規(guī)定在越來越全面嚴(yán)格的同時(shí)也充分結(jié)合實(shí)際情況考慮其合 理 性和科學(xué)性這兩點(diǎn)應(yīng)該是未來水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展趨勢(shì)。 對(duì)現(xiàn) 行 飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的思考 一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)體系的好壞 不 以其指標(biāo)多少及嚴(yán)格程 度 來確定，應(yīng)結(jié)合實(shí)施地區(qū)、實(shí)施時(shí)間段等多方面因素考慮。水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)包括各指標(biāo)參數(shù)值的選擇確定方法、整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)的建 立 等相關(guān)的豐富內(nèi)容。同時(shí)還應(yīng)具備完善的標(biāo)準(zhǔn)修訂系統(tǒng)，每隔 4 一定時(shí)間對(duì)現(xiàn) 行 指標(biāo)和指標(biāo)值進(jìn) 行 修訂，以使其能夠及時(shí)適應(yīng)各種變化。最后要增強(qiáng)指標(biāo)體系的可操 作性，避免以實(shí)驗(yàn)室所能達(dá)到的最低限 度 作為標(biāo)準(zhǔn)而使常規(guī)供水機(jī)構(gòu)無法實(shí)現(xiàn)。 過濾積淀需要及時(shí)更換，有多級(jí)過濾的飲水機(jī)，其纖維過濾級(jí)最多一季度就要更換，反滲透膜也需 2 年左右更換，當(dāng)然用水量大，更需縮短更換間隔時(shí)間，否則，“處理”的水，不是標(biāo)準(zhǔn)的，且對(duì)人的健康損害更大，及時(shí)更換是有成本的，何時(shí)更換即使水達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，又恰到好處節(jié)省成本，就需要實(shí)時(shí)檢測(cè)水質(zhì)變化情況，本課題項(xiàng)目就是基于此目的，采取電導(dǎo)率監(jiān)測(cè)水質(zhì)，應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)和語音芯片技術(shù)，研制一種小裝置附帶給量大面廣的飲用水處理領(lǐng)域和家庭飲水機(jī)，達(dá)到自己學(xué)以致用， 造福人民大眾之微薄奉獻(xiàn)。 本論文是研制總結(jié)對(duì)信號(hào)輸入原理，單片機(jī) AY89C2051 原理，語音芯片原理進(jìn)行闡述，對(duì)裝置原理、電路簡捷的設(shè)計(jì)以達(dá)到推廣普及應(yīng)用的愿望。 5 2 水質(zhì)監(jiān)測(cè)報(bào)警器總體設(shè)計(jì)方案 裝置原理及功能說明 該水質(zhì)監(jiān)測(cè)報(bào)警器電路是由電極作為信號(hào)的采集，由 LM339 電壓比較器進(jìn)行電信號(hào)的比較，由 AT89C2051 單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)語音芯片進(jìn)行語音的控制，再由揚(yáng)聲器進(jìn)行報(bào)警?？捎?USB 接口供電，也可外接 5V 直流電源或三個(gè)干電池作為裝置的能源輸入。當(dāng)水質(zhì)變壞單 片機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管發(fā)出報(bào)警，再由語音芯片驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出音頻報(bào)警。圖 為設(shè)計(jì)的電氣原理圖。 電化學(xué)（ Electrochemistry）， 電池 由兩個(gè) 電極 和 電極 之間的 電解質(zhì) 構(gòu)成，因而電化學(xué)的研究內(nèi)容應(yīng)包括兩個(gè)方面：一是 電解質(zhì) 的研究，即 電解質(zhì) 學(xué) ，其中包括 電解質(zhì) 的導(dǎo)電性質(zhì)、 離子 的傳輸性質(zhì)、參與反應(yīng)離子的平衡性質(zhì)等，其中 電解質(zhì) 溶液的物理化學(xué)研究常稱作電解質(zhì)溶液理論；另一 方面是 電極 的研究，即 電極學(xué)，其中包括 電極 的平衡性質(zhì)和通電后的極化性質(zhì)，也就是 電極 和 電解質(zhì) 界面上的電化學(xué)行為 。 由于電化學(xué)以上兩方面特性，常常被用于液體中微量元素的精確檢測(cè)，電導(dǎo)率檢測(cè)水質(zhì)就是目前在水處理領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用的成熟技術(shù)，以下為電導(dǎo)率監(jiān)測(cè)的方法和原理。 溶解于水的酸、堿、鹽電解質(zhì)，在溶液中解離出正、負(fù)離子，使電解質(zhì)溶液具有導(dǎo)電能力，其導(dǎo)電能力大小可用 電導(dǎo)率表示。 電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率，通常是用兩個(gè)金屬片（即電極）插入溶液中，測(cè)量兩極間電阻率大小來確定。電導(dǎo)率是電阻率的倒數(shù)。其定義是截面積 1cm2，極間距離為 1cm 時(shí)，該溶液的電導(dǎo)。電導(dǎo)率的單位為西每厘米（ /scm ）。在水分析中用它的百萬分之一即微西每厘米μ s/cm 表示水的電導(dǎo)率。 電導(dǎo)電極（簡稱電極）：實(shí)驗(yàn)室常用的電導(dǎo)電極為白金電極或鉑黑電極。每一電極有各自的電導(dǎo)池常數(shù)，分別下列三類：即 以下， ～ 及 ～ 10。 由于電導(dǎo)是電阻的倒數(shù)，因此，當(dāng)兩 個(gè)電極 (通常為鉑電極或鉑黑電極 )插入溶液中，可以測(cè)出兩電極間的電阻 R。根據(jù)歐姆定律，溫度一定時(shí)，這個(gè)電阻 6 值與電極的間距 L(cm)成正比，與電極截面積 A(cm2)成反比，即： R＝ ρL/A （公式 ） 由于電極面積 A 與間距 L 都是固定不變的，故 L/A 是一個(gè)常數(shù)，稱電導(dǎo)池常數(shù) (以 Q