本文關鍵詞：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

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【摘要】：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,是國內外水污染治理的主要難題。河道內源污染是在外源污染物得到控制后出現的問題,受污染底泥內源氮的釋放問題在很大程度上限制了黑臭水體的修復效率,人工曝氣是目前黑臭河道治理中常用的工程措施,但目前應用曝氣技術治理污染河道的過程中主要側重去除氨氮。本課題主要研究通過在室內模擬黑臭河道,控制不同曝氣條件下快速實現氮的硝化反硝化,從而提高氮的去除率,并結合近紅外光譜分析技術與化學計量學對硝化反硝化過程中氮的轉化進行快速、準確的實時監(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明顯下降,并在停止曝氣階段呈現上升趨勢,硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮在曝氣階段呈現升高而在停止曝氣階段呈現明顯下降趨勢,總氮整體呈現一直下降的趨勢,當溶解氧為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,當溶解氧為3.5mg/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)境質量標準GB3838-2002Ⅲ類水要求,當溶解氧為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)境質量標準GB3838-2002Ⅳ類水要求。(2)實驗中實現了短程硝化反硝化,在曝氣過程中,當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,在實際工程應用中將會節(jié)約成本,減少能耗。通過對五個溶解氧反應器的實驗數據和最終水質的對比,最終選擇溶解氧6.5 mg/L反應器的總氮、氨氮、亞硝酸鹽氮的數據建立模型,該模型將會更有代表性。在選擇溶解氧為6.5mg/L的數據建立模型后,該組數據進行預處理并結合三種不同的校正模型,來比較三種模型在校正和預測的效果。(3)紅外光譜數據的預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合BP神經網絡、支持向量機、i PLS方法建立定量分析模型,分別對模型決定系數和均方根誤差的考察。在總氮的校正中,PCA-BP模型的決定系數和校正均方根分別為0.96862、0.01647,PCA-SVM模型的決定系數和校正均方根分別為0.96535、0.49561,PCA-IPLS模型的決定系數和校正均方根分別為0.8625、0.098377,在總氮的預測中,PCA-BP模型的決定系數和預測均方根分別為0.96892、0.03977,PCA-SVM模型的決定系數和預測均方根分別為0.94327、0.56234,PCA-IPLS模型的決定系數和預測均方根分別為0.85234、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模型的決定系數和校正均方根分別為0.97511、0.01428,PCA-SVM模型的決定系數和校正均方根分別為0.95469、0.33655,PCA-IPLS模型的決定系數和校正均方根分別為0.849、0.099563,在氨氮的預測中PCA-BP模型的決定系數和預測均方根分別為0.95347、0.04738,PCA-SVM模型的決定系數和預測均方根分別為0.93405、0.40125,PCA-IPLS模型的決定系數和預測均方根分別為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模型的決定系數和校正均方根分別為0.97082、0.01593,PCA-SVM模型的決定系數和校正均方根分別為0.9704、0.38561,PCA-IPLS模型的決定系數和校正均方根分別為0.8783、0.083869,在氨氮的預測中PCA-BP模型的決定系數和預測均方根分別為0.93122、0.06161,PCA-SVM模型的決定系數和預測均方根分別為0.94461、0.49306,PCA-IPLS模型的決定系數和預測均方根分別為0.8513、0.11783,由數據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模型在校正和預測方面相對于上面兩種方法在決定系數和預測均方根誤差都效果略差。實驗對河道上覆水不同曝氣條件下氮的快速測定方法進行研究,為進行實時監(jiān)測提供了理論依據,為氮的快速測定提供了一種可行的分析技術,對于河道污染的實際治理提供的有力的理論依據。
【學位授予單位】：安徽建筑大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X52

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