基于三维荧光光谱的污水处理厂水质快速分析

【摘要】：随着国民经济的迅速发展和城市人口不断膨胀,大量的城市生活污水直接进入城市污水处理厂,污水处理达标状况直接受到水质监测水平的影响。传统的污水厂进出水水质分析需要人工采样在实验室中采用标准的化学方法完成,耗时、费力、监测频率低。荧光法检测法有选择性好、灵敏度高、检测速度快、无需化学试剂等优点。开展水体污染荧光检测技术的研究,可以为研发快速高灵敏的水体污染在线监测设备奠定基础。 本文研究了城市生活污水处理厂进出水的三维荧光特性,以及不同的环境因子对三维荧光特征的影响,在这基础上研究了荧光强度、光谱组分得分值与化学指标之间的线性关系,为进一步利用3DEEM技术在线监测污水处理厂进出水水质提供理论基础。主要研究结果如下： (1)城市生活污水三维荧光光谱主要有4个荧光区域,其中进水的1区和2区荧光峰明显而且强度显著,但3区和4区不太明显,荧光强度较弱,出水的4个荧光区都较明显。4个荧光区域的荧光可以作为城市污水的荧光特征之一；进水和出水中可溶性有机物中都含有3个主要荧光成分,分别是类色氨酸、类酪氨酸和类腐殖质。 (2)溶液为酸性条件下,荧光峰的强度随着pH值的增大而增大。随着浓度的增加,类腐殖酸和类蛋白的荧光峰均发生红移。进水和出水中类蛋白质的荧光强度随着离子强度的强度的增强。随着离子强度的增加,类腐殖酸荧光中心Xex/λemm出现一定程度的红移。 (3)与进水的荧光强度有较好的线性关系的是铵态氮、硝态氮、总氮,COD和BOD5,其中是显著相关的有铵态氮与I225/340、I230/430,r值分别为0.585、0.498；总氮与I225/340、I230/430的相关系数分别是0.533、0.770。分别对铵态氮与I225/340、I230/430,总氮与I225/340、I230/430进行多重拟合都得到显著线性相关,线性系数R2分别为0.450、0.596。 (4)和出水的荧光强度有良好的线性关系的是铵态氮、总氮、COD、硝态氮和TOC,其中具有显性相关的有铵态氮与I225/340(r=0.771),总氮与I230/430(r=0.503),分别对铵态氮和总氮进行多重拟合,结果都为线性相关,R2分别为0.6、0.432。 (5)进出水的三维荧光中心强度I225/340和I230/430可以用来对城市生活污水铵态氮和总氮的在线分析和实时监测,从而达到快速监测和省时省力的目的。 (6)进水的光谱组分得分值与进水的总氮、铵态氮、硝态氮的线性相关性较好,进水总氮与进水的类色氨酸和类腐殖质的得分值的R2达到了0.72,进水中铵态氮与类色氨酸、类酪氨酸和类腐殖质拟合后具有显著相关性,R2为0.32。但是出水除了BOD5没有与荧光组分具有较好的线性相关的化学指标。 【关键词】：生活污水 三维荧光光谱 可溶性有机物 平行因子
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X832;O657.3
【目录】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 概论9-24
• 1. 污水中DOM的组成及其来源9-11
• 2. 荧光及相关光谱分析技术11-14
• 2.1 有机物的分子荧光11-12
• 2.2 激发发射荧光光谱12
• 2.3 同步扫描荧光光谱12-13
• 2.4 时间分辨荧光光谱13
• 2.5 三维荧光光谱13-14
• 3. 水体DOM的三维荧光光谱分析及其应用14-23
• 3.1 DOM组分的三维荧光光谱定性分析14-15
• 3.2 DOM组分的三维荧光光谱定量分析15-16
• 3.3 三维荧光光谱定量分析的环境影响因素16-17
• 3.4 DOM三维荧光光谱在环境分析中的典型应用17-23
• 5. 本文的研究目的、内容和意义23-24
• 第二章 污水处理厂进出水的三维荧光光谱特征分析24-38
• 1. 实验材料与方法25-28
• 1.1 水样采集25
• 1.2 三维荧光光谱测量25
• 1.3 光谱数据的处理25-26
• 1.4 PARAFAC模型26-28
• 2. 实验结果与分析28-38
• 2.1 城市污水处理厂进出水原始三维荧光光谱特征28-31
• 2.2 基于PARAFAC模型的进出水光谱组分分析31-35
• 2.3 基于三维荧光光谱分析的进出水水质时间变化特征35-37
• 2.4 结论37-38
• 第三章 环境因子对污水处理厂进出水三维荧光光谱的影响38-51
• 1. 实验与方法38-39
• 1.1 水样的采集38
• 1.2 样品预处理38-39
• 1.3 三维荧光光谱的测量39
• 2. 结果与讨论39-49
• 2.1 水样的三维荧光光谱39-41
• 2.2 pH对进出水类腐殖酸荧光强度的影响41-42
• 2.3 pH对进出水类蛋白荧光强度的影响42-45
• 2.4 浓度对荧光中心的影响45-46
• 2.5 离子强度对荧光强度和荧光中心的影响46-49
• 3. 结论49-51
• 第四章 污水处理厂进出水的光谱组分浓度与有机污染指标间的关系研究51-61
• 1. 材料与方法51-52
• 1.1 水样采集51
• 1.2 三维荧光光谱测量51-52
• 1.3 光谱数据的处理52
• 1.4 化学指标的测定52
• 2. 实验结果与分析52-59
• 2.1 污水的化学指标值与荧光强度的线性关系52-57
• 2.2 污水的化学指标值与光谱组分得分值的线性关系57-59
• 3. 结论59-61
• 第五章 结论61-63
• 参考文献63-71
• 致谢71-72
• 附表72-74
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文74-75

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