發(fā)布時(shí)間：2017-12-17 07:07

  本文關(guān)鍵詞：不同溶解氧條件下河道上覆水脫氮過(guò)程研究及近紅外光譜分析

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【摘要】：水體污染是造成水資源短缺的一個(gè)重要原因,水體富營(yíng)養(yǎng)化是主要的水污染形式,是國(guó)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(wèn)題,受污染底泥內(nèi)源氮的釋放問(wèn)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(guò)程中主要側(cè)重去除氨氮。本課題主要研究通過(guò)在室內(nèi)模擬黑臭河道,控制不同曝氣條件下快速實(shí)現(xiàn)氮的硝化反硝化,從而提高氮的去除率,并結(jié)合近紅外光譜分析技術(shù)與化學(xué)計(jì)量學(xué)對(duì)硝化反硝化過(guò)程中氮的轉(zhuǎn)化進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。主要包括:(1)在實(shí)驗(yàn)達(dá)到穩(wěn)定周期之后對(duì)上覆水進(jìn)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(jìn)底泥中氮的釋放并實(shí)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(shì),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(shì),總氮整體呈現(xiàn)一直下降的趨勢(shì),當(dāng)溶解氧為2.5 mg/L時(shí)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3.5mg/L時(shí)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(shí)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(shí)總氮的最終濃度為0.66 mg/L,氨氮最終濃度為0.58 mg/L,達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3838-2002Ⅲ類水要求,當(dāng)溶解氧為7.5 mg/L時(shí)總氮的最終濃度為1.31 mg/L,氨氮最終濃度為1.26 mg/L,達(dá)到了地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3838-2002Ⅳ類水要求。(2)實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了短程硝化反硝化,在曝氣過(guò)程中,當(dāng)亞硝酸鹽氮達(dá)到最高時(shí)則停止曝氣,避免亞硝酸鹽的進(jìn)一步氧變?yōu)橄跛猁}氮,很好的達(dá)到了節(jié)能環(huán)保的效果,在實(shí)際工程應(yīng)用中將會(huì)節(jié)約成本,減少能耗。通過(guò)對(duì)五個(gè)溶解氧反應(yīng)器的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和最終水質(zhì)的對(duì)比,最終選擇溶解氧6.5 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(huì)更有代表性。在選擇溶解氧為6.5mg/L的數(shù)據(jù)建立模型后,該組數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理并結(jié)合三種不同的校正模型,來(lái)比較三種模型在校正和預(yù)測(cè)的效果。(3)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(guò)主成分分析法分別結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)、i PLS方法建立定量分析模型,分別對(duì)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(cè)中,PCA-BP模型的決定系數(shù)和預(yù)測(cè)均方根分別為0.96892、0.03977,PCA-SVM模型的決定系數(shù)和預(yù)測(cè)均方根分別為0.94327、0.56234,PCA-IPLS模型的決定系數(shù)和預(yù)測(cè)均方根分別為0.85234、0.10823,說(shuō)明PCA-BP模型相對(duì)其他兩種模型在總氮的校正和預(yù)測(cè)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(cè)中PCA-BP模型的決定系數(shù)和預(yù)測(cè)均方根分別為0.95347、0.04738,PCA-SVM模型的決定系數(shù)和預(yù)測(cè)均方根分別為0.93405、0.40125,PCA-IPLS模型的決定系數(shù)和預(yù)測(cè)均方根分別為0.84725、0.11036,說(shuō)明PCA-BP模型相對(duì)其他兩種模型在氨氮的校正和預(yù)測(cè)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(cè)中PCA-BP模型的決定系數(shù)和預(yù)測(cè)均方根分別為0.93122、0.06161,PCA-SVM模型的決定系數(shù)和預(yù)測(cè)均方根分別為0.94461、0.49306,PCA-IPLS模型的決定系數(shù)和預(yù)測(cè)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(wú)幾,而PCA-IPLS模型在校正和預(yù)測(cè)方面相對(duì)于上面兩種方法在決定系數(shù)和預(yù)測(cè)均方根誤差都效果略差。實(shí)驗(yàn)對(duì)河道上覆水不同曝氣條件下氮的快速測(cè)定方法進(jìn)行研究,為進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提供了理論依據(jù),為氮的快速測(cè)定提供了一種可行的分析技術(shù),對(duì)于河道污染的實(shí)際治理提供的有力的理論依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：安徽建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：X52

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