城市生活污水处理过程三维荧光光谱在线监测分析方法
On-Line Monitoring and Analysis Method of Three-Dimensional Fluorescence Spectrum in Urban Domestic Sewage Treatment Process
摘要 采用三维荧光光谱(3D-EEM s)结合主成分分析(PCA)方法,将城市生活污水的三维荧光光谱分为芳香性蛋白类、微生物代谢产物、腐殖酸类和富里酸类物质四个光谱区域,判断各区域的主成分贡献率,求取各区域的第一主成分区域值,建立其与水体化学需氧量(COD)和总氮(TN)关系,研究了城市生活污水处理效果快速分析评价方法.研究结果表明,城市生活污水荧光物质主要由方香性蛋白类物质、微生物代谢产物、腐殖酸类和富里酸类物质构成,各物质的荧光区域分布不同,在污水处理过程中芳香性蛋白类物质和微生物代谢产物区域光谱变化明显,腐殖酸类和富里酸类物质区域光谱变化较小;光谱各区域第一主成分区域值与水体COD及T N之间具有良好相关性,其中芳香性蛋白类物质光谱第一主成分区域值与COD相关系数达到97.63%,芳香性蛋白类物质和微生物代谢产物第一主成分区域值之和与腐殖酸类和富里酸类物质第一主成分区域值之和的比值(Yp/Yf)与TN相关系数达到94.02%.通过将水体三维荧光光谱结合主成分分析方法,实现了对污水处理各流程的荧光光谱的信息降维提取,避免了各物质荧光峰的重叠和光谱信息冗余;通过水体中各物质的光谱特性将光谱分割为不同的物质区域,求取各区域内光谱第一主成分区域值,提高了物质识别的准确率,有效地解决了各物质光谱信息识别问题;通过利用芳香性蛋白类物质光谱第一主成分区域值和Yp/Yf与常规水质指标COD和TN作相关性分析,为污水处理监测提供了一种实时有效的监测生活污水水质状况方法,解决了污水处理流程难以实时准确监测的问题.因此,利用三维荧光光谱结合主成分分析方法可对城市生活污水处理过程进行快速判别,为污水处理过程中水质监测、工艺优化及处理效果评估提供了一种全新的快速在线监测分析方法.
Author: YANG Jin-qiang ZHAO Nan-jing YIN Gao-fang YU Zhi-min GAN Ting-ting WANG Xiang CHEN Min FENG Chun
作者单位: 中国科学院环境光学与技术重点实验室,中国科学院安徽光学精密机械研究所,安徽 合肥 230031;合肥学院生物与环境工程系,安徽 合肥 230601;安徽省环境光学监测技术重点实验室,安徽 合肥 230031 中国科学院环境光学与技术重点实验室,中国科学院安徽光学精密机械研究所,安徽 合肥 230031;安徽省环境光学监测技术重点实验室,安徽 合肥 230031 合肥学院生物与环境工程系,安徽 合肥,230601 中国科学院环境光学与技术重点实验室,中国科学院安徽光学精密机械研究所,安徽 合肥 230031;中国科学技术大学,安徽 合肥 230026;安徽省环境光学监测技术重点实验室,安徽 合肥 230031
刊 名 光谱学与光谱分析 ISTICEISCIPKU
年,卷(期): 2020, 40(7)
分类号: X832
在线出版日期: 2020年7月17日
基金项目: 安徽省重点研究和开发计划项目,国家自然科学基金项目,安徽省杰出青年科学基金项目