不同溶解氧条件下河道上覆水脱氮过程研究及近红外光谱分析

发布时间：2017-12-17 07:07

  本文关键词：不同溶解氧条件下河道上覆水脱氮过程研究及近红外光谱分析

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【摘要】：水体污染是造成水资源短缺的一个重要原因,水体富营养化是主要的水污染形式,是国内外水污染治理的主要难题。河道内源污染是在外源污染物得到控制后出现的问题,受污染底泥内源氮的释放问题在很大程度上限制了黑臭水体的修复效率,人工曝气是目前黑臭河道治理中常用的工程措施,但目前应用曝气技术治理污染河道的过程中主要侧重去除氨氮。本课题主要研究通过在室内模拟黑臭河道,控制不同曝气条件下快速实现氮的硝化反硝化,从而提高氮的去除率,并结合近红外光谱分析技术与化学计量学对硝化反硝化过程中氮的转化进行快速、准确的实时监测。主要包括:(1)在实验达到稳定周期之后对上覆水进行间断曝气,溶解氧分别为2.5、3.5、5.5、6.5、7.5 mg/L,不同曝气条件促进底泥中氮的释放并实现上覆水中硝化-反硝化的快速脱氮。上覆水中的氨氮在曝气阶段呈现明显下降,并在停止曝气阶段呈现上升趋势,硝酸盐氮和亚硝酸盐氮在曝气阶段呈现升高而在停止曝气阶段呈现明显下降趋势,总氮整体呈现一直下降的趋势,当溶解氧为2.5 mg/L时总氮的最终浓度为13.95 mg/L,氨氮最终浓度为13.25 mg/L,当溶解氧为3.5mg/L时总氮的最终浓度为18.3 mg/L,氨氮最终浓度为16.72 mg/L,当溶解氧为5.5 mg/L时总氮的最终浓度为8.6 mg/L,氨氮最终浓度为3.5 mg/L,当溶解氧为6.5 mg/L时总氮的最终浓度为0.66 mg/L,氨氮最终浓度为0.58 mg/L,达到地表水环境质量标准GB3838-2002Ⅲ类水要求,当溶解氧为7.5 mg/L时总氮的最终浓度为1.31 mg/L,氨氮最终浓度为1.26 mg/L,达到了地表水环境质量标准GB3838-2002Ⅳ类水要求。(2)实验中实现了短程硝化反硝化,在曝气过程中,当亚硝酸盐氮达到最高时则停止曝气,避免亚硝酸盐的进一步氧变为硝酸盐氮,很好的达到了节能环保的效果,在实际工程应用中将会节约成本,减少能耗。通过对五个溶解氧反应器的实验数据和最终水质的对比,最终选择溶解氧6.5 mg/L反应器的总氮、氨氮、亚硝酸盐氮的数据建立模型,该模型将会更有代表性。在选择溶解氧为6.5mg/L的数据建立模型后,该组数据进行预处理并结合三种不同的校正模型,来比较三种模型在校正和预测的效果。(3)红外光谱数据的预处理方法在考虑多方面因素以后最终选择主成分分析法,并且通过主成分分析法分别结合BP神经网络、支持向量机、i PLS方法建立定量分析模型,分别对模型决定系数和均方根误差的考察。在总氮的校正中,PCA-BP模型的决定系数和校正均方根分别为0.96862、0.01647,PCA-SVM模型的决定系数和校正均方根分别为0.96535、0.49561,PCA-IPLS模型的决定系数和校正均方根分别为0.8625、0.098377,在总氮的预测中,PCA-BP模型的决定系数和预测均方根分别为0.96892、0.03977,PCA-SVM模型的决定系数和预测均方根分别为0.94327、0.56234,PCA-IPLS模型的决定系数和预测均方根分别为0.85234、0.10823,说明PCA-BP模型相对其他两种模型在总氮的校正和预测上最为稳健,精确性最高。在氨氮的校正中,PCA-BP模型的决定系数和校正均方根分别为0.97511、0.01428,PCA-SVM模型的决定系数和校正均方根分别为0.95469、0.33655,PCA-IPLS模型的决定系数和校正均方根分别为0.849、0.099563,在氨氮的预测中PCA-BP模型的决定系数和预测均方根分别为0.95347、0.04738,PCA-SVM模型的决定系数和预测均方根分别为0.93405、0.40125,PCA-IPLS模型的决定系数和预测均方根分别为0.84725、0.11036,说明PCA-BP模型相对其他两种模型在氨氮的校正和预测上最为稳健,精确性最高。在亚硝酸盐氮的校正,PCA-BP模型的决定系数和校正均方根分别为0.97082、0.01593,PCA-SVM模型的决定系数和校正均方根分别为0.9704、0.38561,PCA-IPLS模型的决定系数和校正均方根分别为0.8783、0.083869,在氨氮的预测中PCA-BP模型的决定系数和预测均方根分别为0.93122、0.06161,PCA-SVM模型的决定系数和预测均方根分别为0.94461、0.49306,PCA-IPLS模型的决定系数和预测均方根分别为0.8513、0.11783,由数据可知在亚硝酸盐盐氮的模型比较上,PCA-BP和PCA-SVM效果相差无几,而PCA-IPLS模型在校正和预测方面相对于上面两种方法在决定系数和预测均方根误差都效果略差。实验对河道上覆水不同曝气条件下氮的快速测定方法进行研究,为进行实时监测提供了理论依据,为氮的快速测定提供了一种可行的分析技术,对于河道污染的实际治理提供的有力的理论依据。
【学位授予单位】：安徽建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X52

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本文编号：1299176