[发明专利]一种利用三维荧光光谱反映城市污水厂运行状态的监测方法

说明书

本发明涉及一种利用三维荧光光谱反映城市污水厂运行状态的监测方法，是在污水厂的进水节点、厌氧池节点、缺氧池节点、好氧池节点、二沉池节点和最终出水节点处进行取样，用0.45μm滤膜过滤得到上清液，测定上清液的三维荧光光谱，采用Matlab7.0的multiway工具包对其进行平行因子分析，确定激发发射波长在280/350nm处的类蛋白质组分荧光强度得分以及330/420nm处的类富里酸组分荧光强度得分，考察它们在污水处理过程中的得分变化情况，进而判断污水厂是否运行正常。本发明的方法不需要化学试剂，只需要将污水样品过滤就可获取其三维荧光光谱数据，具有方便快捷和易于实现实时在线测定的优点。

技术领域

本发明涉及一种利用三维荧光光谱反映城市污水厂运行状态的监测方法，属于污水处理监测与预警领域。

背景技术

城市污水处理主要依赖生物处理方法，微生物易受进水COD浓度、氮磷营养物质和有毒物质等因素影响，进而导致污水处理效果不稳定。为保证污水处理厂的高效运行，需要对污水厂的运行进行有效地监控。传统监控手段往往采用湿化学方法来分析各处理单元的水质状况，该方法需消耗大量化学试剂或能量，并且分析步骤复杂，耗时较长，难以及时反映污水处理厂的运行状态。

发明内容

本发明的目的是提供一种操作简单且快速表征污水处理厂运行状态的方法。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明利用三维荧光光谱反映城市污水厂运行状态的监测方法，其特点在于按如下步骤进行：

A、样品采集和预处理

同一时间在待监测污水厂的各个运行节点各收集污水样品1个，对每个污水样品用0.45μm滤膜过滤得到上清液样品，构成一组上清液样品组，然后每间隔时间t重复收集一次，共收集n次，获得n组上清液样品组，1min≤t≤120min；所述运行节点包括进水节点、厌氧池节点、缺氧池节点、好氧池节点、二沉池节点和最终出水节点；

B、三维荧光光谱的测定

设定三维荧光光谱仪的激发波长范围为250-450nm、发射波长范围为300-550nm、狭缝宽度为5nm、扫描速度为2400nm/min、取点间隔为5nm，对每个上清液样品扫描后获得各上清液样品的三维荧光光谱图，并以数据矩阵51行×41列记录，获得各个上清液样品的三维荧光数据矩阵；

C、平行因子分析

采用Matlab 7.0软件的multiway工具包对步骤B中各个上清液样品的三维荧光数据矩阵进行平行因子分析，具体分析步骤如下：

C1、首先将各个上清液样品的三维荧光数据矩阵转成matlab文件；然后，将各个上清液样品的三维荧光数据矩阵减去去离子水的三维荧光数据矩阵以去除拉曼散射影响，并将各个上清液样品的三维荧光数据矩阵中位于瑞利散射线左右各15nm区间的荧光数据置零，以去除瑞利散射的影响，最后将所有上清液样品的三维荧光数据矩阵存成一个三维矩阵，建立模型，并通过核心一致度验证，确定该模型的最佳主成分数；

C2、在选定所述模型的最佳主成分数后，应用multiway工具包对所述模型进行计算，获得所述模型的激发发射波长280/350nm的类蛋白质组分的激发光谱矩阵、发射光谱矩阵和得分矩阵及激发发射波长330/420nm的类富里酸组分的激发光谱矩阵、发射光谱矩阵和得分矩阵，从类蛋白质组分的得分矩阵和类富里酸组分的得分矩阵中获得各个上清液样品的类蛋白质组分荧光强度得分和类富里酸组分荧光强度得分；

D、比较各运行节点所对应的上清液样品的类蛋白质组分荧光强度得分和类富里酸组分荧光强度得分，判别待监测污水厂运行是否正常，对待监测污水厂的运行异常进行预警。

步骤D中比较各运行节点所对应的上清液样品的类蛋白质组分荧光强度得分和类富里酸组分荧光强度得分，判别待监测污水厂运行是否正常的方法为：