不同溶解氧條件下河道上覆水脫氮過程研究及近紅外光譜分析.pdf

1、水體污染是造成水資源短缺的一個重要原因，水體富營養(yǎng)化是主要的水污染形式，是國內(nèi)外水污染治理的主要難題。河道內(nèi)源污染是在外源污染物得到控制后出現(xiàn)的問題，受污染底泥內(nèi)源氮的釋放問題在很大程度上限制了黑臭水體的修復(fù)效率，人工曝氣是目前黑臭河道治理中常用的工程措施，但目前應(yīng)用曝氣技術(shù)治理污染河道的過程中主要側(cè)重去除氨氮。
　　本課題主要研究通過在室內(nèi)模擬黑臭河道，控制不同曝氣條件下快速實現(xiàn)氮的硝化反硝化，從而提高氮的去除率，并結(jié)合近紅外光

2、譜分析技術(shù)與化學(xué)計量學(xué)對硝化反硝化過程中氮的轉(zhuǎn)化進行快速、準(zhǔn)確的實時監(jiān)測。主要包括：
　　（1）在實驗達到穩(wěn)定周期之后對上覆水進行間斷曝氣，溶解氧分別為2.5、3.5、5.5、6.5、7.5 mg/L，不同曝氣條件促進底泥中氮的釋放并實現(xiàn)上覆水中硝化-反硝化的快速脫氮。上覆水中的氨氮在曝氣階段呈現(xiàn)明顯下降，并在停止曝氣階段呈現(xiàn)上升趨勢，硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮在曝氣階段呈現(xiàn)升高而在停止曝氣階段呈現(xiàn)明顯下降趨勢，總氮整體呈現(xiàn)一直下降的趨

3、勢，當(dāng)溶解氧為2.5 mg/L時總氮的最終濃度為13.95 mg/L，氨氮最終濃度為13.25 mg/L，當(dāng)溶解氧為3.5 mg/L時總氮的最終濃度為18.3 mg/L，氨氮最終濃度為16.72 mg/L，當(dāng)溶解氧為5.5 mg/L時總氮的最終濃度為8.6 mg/L，氨氮最終濃度為3.5 mg/L，當(dāng)溶解氧為6.5 mg/L時總氮的最終濃度為0.66 mg/L，氨氮最終濃度為0.58 mg/L，達到地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3838-200

4、2Ⅲ類水要求，當(dāng)溶解氧為7.5 mg/L時總氮的最終濃度為1.31 mg/L，氨氮最終濃度為1.26 mg/L，達到了地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3838-2002Ⅳ類水要求。
　　（2）實驗中實現(xiàn)了短程硝化反硝化，在曝氣過程中，當(dāng)亞硝酸鹽氮達到最高時則停止曝氣，避免亞硝酸鹽的進一步氧變?yōu)橄跛猁}氮，很好的達到了節(jié)能環(huán)保的效果，在實際工程應(yīng)用中將會節(jié)約成本，減少能耗。通過對五個溶解氧反應(yīng)器的實驗數(shù)據(jù)和最終水質(zhì)的對比，最終選擇溶解氧6.5

5、mg/L反應(yīng)器的總氮、氨氮、亞硝酸鹽氮的數(shù)據(jù)建立模型，該模型將會更有代表性。在選擇溶解氧為6.5 mg/L的數(shù)據(jù)建立模型后，該組數(shù)據(jù)進行預(yù)處理并結(jié)合三種不同的校正模型，來比較三種模型在校正和預(yù)測的效果。
　?。?）紅外光譜數(shù)據(jù)的預(yù)處理方法在考慮多方面因素以后最終選擇主成分分析法，并且通過主成分分析法分別結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機、iPLS方法建立定量分析模型，分別對模型決定系數(shù)和均方根誤差的考察。在總氮的校正中， PCA-BP模

6、型的決定系數(shù)和校正均方根分別為0.96862、0.01647，PCA-SVM模型的決定系數(shù)和校正均方根分別為0.96535、0.49561，PCA-IPLS模型的決定系數(shù)和校正均方根分別為0.8625、0.098377，在總氮的預(yù)測中，PCA-BP模型的決定系數(shù)和預(yù)測均方根分別為0.96892、0.03977，PCA-SVM模型的決定系數(shù)和預(yù)測均方根分別為0.94327、0.56234，PCA-IPLS模型的決定系數(shù)和預(yù)測均方根分別為0

7、.85234、0.10823，說明 PCA-BP模型相對其他兩種模型在總氮的校正和預(yù)測上最為穩(wěn)健，精確性最高。在氨氮的校正中，PCA-BP模型的決定系數(shù)和校正均方根分別為0.97511、0.01428，PCA-SVM模型的決定系數(shù)和校正均方根分別為0.95469、0.33655，PCA-IPLS模型的決定系數(shù)和校正均方根分別為0.849、0.099563，在氨氮的預(yù)測中PCA-BP模型的決定系數(shù)和預(yù)測均方根分別為0.95347、0.04

8、738，PCA-SVM模型的決定系數(shù)和預(yù)測均方根分別為0.93405、0.40125， PCA-IPLS模型的決定系數(shù)和預(yù)測均方根分別為0.84725、0.11036，說明PCA-BP模型相對其他兩種模型在氨氮的校正和預(yù)測上最為穩(wěn)健，精確性最高。在亞硝酸鹽氮的校正，PCA-BP模型的決定系數(shù)和校正均方根分別為0.97082、0.01593， PCA-SVM模型的決定系數(shù)和校正均方根分別為0.9704、0.38561，PCA-IPLS模型

9、的決定系數(shù)和校正均方根分別為0.8783、0.083869，在氨氮的預(yù)測中PCA-BP模型的決定系數(shù)和預(yù)測均方根分別為0.93122、0.06161，PCA-SVM模型的決定系數(shù)和預(yù)測均方根分別為0.94461、0.49306，PCA-IPLS模型的決定系數(shù)和預(yù)測均方根分別為0.8513、0.11783，由數(shù)據(jù)可知在亞硝酸鹽鹽氮的模型比較上， PCA-BP和PCA-SVM效果相差無幾，而PCA-IPLS模型在校正和預(yù)測方面相對于上面兩種