一種應用中紅外光譜測定反硝化除磷中聚磷與正磷酸鹽關系的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及污水處理與監測領域，尤其涉及一種應用中紅外光譜測定反硝化除磷中聚磷與正磷酸鹽關系的方法。
【背景技術】
[0002]反硝化除磷是一種新型可持續發展的生物脫氮除磷工藝。厭氧段，細胞內聚磷水解生成正磷酸鹽。缺氧段，反硝化除磷菌過量攝取系統中的正磷酸鹽并以聚磷儲存在胞內。聚磷與正磷酸鹽的關系對反映反硝化除磷工藝效果十分重要，因此需要較為簡便的方法來反映處理效果及解決傳統測定方法費時、耗藥、易產生二次污染等問題。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提供一種應用中紅外光譜測定反硝化除磷中聚磷與正磷酸鹽關系的方法，主要結合中紅外光譜掃描和化學計量學分析。
[0004]一種應用中紅外光譜測定反硝化除磷中聚磷與正磷酸鹽關系的方法，包括以下步驟:
(1)培養反硝化除磷污泥:采用厭氧-缺氧運行方式，在缺氧段開始時向反應器投加硝酸鉀溶液，馴化使反硝化除磷菌成為優勢種群，得到穩定運行的反硝化除磷系統；
(2)取反硝化除磷系統中8個典型周期泥水混合物，每個周期取9個樣品，共72個，使用真空泵抽濾泥水混合物，得到水樣和濕污泥樣品各72個；
(3)水樣用常規化學方法測正磷酸鹽濃度，濕污泥樣品放入冷凍干燥機冷凍干燥22-26h，得到污泥樣品用常規化學方法測聚磷含量，測定結果作為聚磷實測值，并掃描45個樣品的中紅外光譜，得到聚磷特征峰光譜區間內中紅外光譜吸光度數值；
(4)以45個污泥樣品聚磷特征峰光譜區間內中紅外光譜吸光度數值為自變量，聚磷實測值為因變量，采用偏最小二乘法建立中紅外光譜吸光度與聚磷實測值之間的校正模型；
(5)取未參與建模27個污泥樣品，掃描其中紅外光譜，得到聚磷特征峰光譜區間內中紅外光譜吸光度數值，代入校正模型，得到聚磷含量的預測值；
(6)計算每個周期內相鄰兩個污泥樣品聚磷含量預測值的差值，即聚磷變化量。計算與污泥樣品對應的相鄰兩個水樣正磷酸鹽濃度差值，得到正磷酸鹽變化量，建立聚磷變化量與正磷酸鹽變化量之間相關關系。
所屬的一種應用中紅外光譜測定反硝化除磷中聚磷與正磷酸鹽關系的方法，其特征在于，包括以下步驟:
(1)培養反硝化除磷污泥:采用厭氧-缺氧運行方式，在缺氧段開始時向反應器投加硝酸鉀溶液，馴化使反硝化除磷菌成為優勢種群，得反硝化除磷系統；
(2)取反硝化除磷系統中8個典型周期泥水混合物，每個周期取9個樣品，共72個使用真空泵抽濾泥水混合物，得到水樣和濕污泥樣品各72個； (3)水樣用常規化學方法測正磷酸鹽濃度，濕污泥樣品放入冷凍干燥機冷凍干燥22-26h，得到污泥樣品用常規化學方法測聚磷含量，測定結果作為聚磷實測值，并掃描45個樣品的中紅外光譜，得到聚磷特征峰光譜區間內中紅外光譜吸光度數值；
(4)以45個污泥樣品聚磷特征峰光譜區間內中紅外光譜吸光度數值為自變量，聚磷實測值為因變量，采用偏最小二乘法建立中紅外光譜吸光度與聚磷實測值之間的校正模型，模型對聚磷校正時的相關系數r2為0.9622，校正時均方根誤差RMSECV為0.0382 ；
(5)取未參與建模27個污泥樣品，掃描其中紅外光譜，得到聚磷特征峰光譜區間內中紅外光譜吸光度數值，代入校正模型，得到聚磷含量的預測值，模型對聚磷預測時的相關系數r2為0.8949，預測時均方根誤差RMSEP為0.0389 ；
(6)計算每個周期內相鄰兩個污泥樣品聚磷含量預測值的差值，即聚磷變化量，計算與污泥樣品對應的相鄰兩個水樣正磷酸鹽濃度差值，得到正磷酸鹽變化量；建立聚磷變化量與正磷酸鹽變化量之間相關關系，相關關系式為:尸6.861X-1.493式中，z為聚磷變化量，% ;7為正磷酸鹽變化量，mg/L，相關系數r2為0.9581。
[0005]所述的一種應用中紅外光譜測定反硝化除磷中聚磷與正磷酸鹽關系的方法，其特征在于:所述的校正模型建模方法為偏最小二乘法；聚磷特征峰光譜區間為:波數1191cm_1~ 波數 1348cm_1o
[0006]所述的一種應用中紅外光譜測定反硝化除磷中聚磷與正磷酸鹽關系的方法，其特征在于:步驟(4)中用偏最小二乘法建立的校正模型采用交互檢驗法確定主成分數；校正模型用校正時均方根誤差RMSECV值來評價，RMSECV越小，模型性能越好，模型對聚磷校正時的相關系數r2為0.9622，校正時均方根誤差RMSECV為0.0382 ;采用步驟(5)進行外部驗證的結果用預測時的均方根誤差RMSEP值來評價，RMSEP越小，模型預測效果越好，模型對聚磷預測時的相關系數r2為0.8949，預測時均方根誤差RMSEP為0.0389。
[0007]所述的一種應用中紅外光譜測定反硝化除磷中聚磷與正磷酸鹽關系的方法，其特征在于:根據步驟(6)建立的是相鄰兩個污泥樣品聚磷含量預測值的差值，即聚磷變化量和與污泥樣品對應的相鄰兩個水樣正磷酸鹽濃度差值，得到正磷酸鹽變化量之間相關關系；相關關系式為:尸6.861X-1.493式中，z為聚磷變化量，% ； 7為正磷酸鹽變化量，mg/L,相關系數r2為0.9581。
[0008]本發明的優點在于:
把中紅外光譜運用到實際污水處理工藝中。利用中紅外光譜建立的模型可以有效快速預測反硝化除磷系統內聚磷含量，并可以進一步建立聚磷變化量與正磷酸鹽變化量之間相關關系，從而可以通過中紅外光譜掃描反映反硝化除磷工藝中正磷酸鹽的變化量，準確反映反硝化除磷工藝除磷效果及為工藝穩定運行提供技術支持。
【附圖說明】
[0009]圖1為典型周期污泥樣品紅外光譜圖；
圖2為聚磷校正值與實測值關系；
圖3為模型對聚磷的預測結果；
圖4為聚磷變化量與正磷酸鹽變化量的關系。具體實施方案
[0010](I)培養反硝化除磷污泥:采用厭氧-缺氧運行方式，在缺氧段開始時向反應器投加硝酸鉀溶液，馴化使反硝化除磷菌成為優勢種群。
[0011](2)取反硝化除磷系統中8個典型周期泥水混合物，每個周期取9個樣品，共72個。使用真空泵抽濾泥水混合物。得到水樣和濕污泥樣品各72個。
[0012](3)水樣根據《廢水檢測分析方法》測正磷酸鹽濃度；濕污泥樣品放入冷凍干燥機冷凍干燥22-26 h，得到污泥樣品用常規方法測聚磷含量，測定結果作為聚磷實測值，并使用傅里葉變換紅外光譜儀(Nicolet Avatar 330，美國熱電公司)掃描其中紅外光譜。得到聚磷特征峰光譜區間波數ligicnT^波數1348CHT1內中紅外光譜吸光度數值。典型