一种应用中红外光谱测定反硝化除磷中聚磷与正磷酸盐关系的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及污水处理与监测领域，尤其涉及一种应用中红外光谱测定反硝化除磷中聚磷与正磷酸盐关系的方法。
【背景技术】
[0002]反硝化除磷是一种新型可持续发展的生物脱氮除磷工艺。厌氧段，细胞内聚磷水解生成正磷酸盐。缺氧段，反硝化除磷菌过量摄取系统中的正磷酸盐并以聚磷储存在胞内。聚磷与正磷酸盐的关系对反映反硝化除磷工艺效果十分重要，因此需要较为简便的方法来反映处理效果及解决传统测定方法费时、耗药、易产生二次污染等问题。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种应用中红外光谱测定反硝化除磷中聚磷与正磷酸盐关系的方法，主要结合中红外光谱扫描和化学计量学分析。
[0004]一种应用中红外光谱测定反硝化除磷中聚磷与正磷酸盐关系的方法，包括以下步骤:
(1)培养反硝化除磷污泥:采用厌氧-缺氧运行方式，在缺氧段开始时向反应器投加硝酸钾溶液，驯化使反硝化除磷菌成为优势种群，得到稳定运行的反硝化除磷系统；
(2)取反硝化除磷系统中8个典型周期泥水混合物，每个周期取9个样品，共72个，使用真空泵抽滤泥水混合物，得到水样和湿污泥样品各72个；
(3)水样用常规化学方法测正磷酸盐浓度，湿污泥样品放入冷冻干燥机冷冻干燥22-26h，得到污泥样品用常规化学方法测聚磷含量，测定结果作为聚磷实测值，并扫描45个样品的中红外光谱，得到聚磷特征峰光谱区间内中红外光谱吸光度数值；
(4)以45个污泥样品聚磷特征峰光谱区间内中红外光谱吸光度数值为自变量，聚磷实测值为因变量，采用偏最小二乘法建立中红外光谱吸光度与聚磷实测值之间的校正模型；
(5)取未参与建模27个污泥样品，扫描其中红外光谱，得到聚磷特征峰光谱区间内中红外光谱吸光度数值，代入校正模型，得到聚磷含量的预测值；
(6)计算每个周期内相邻两个污泥样品聚磷含量预测值的差值，即聚磷变化量。计算与污泥样品对应的相邻两个水样正磷酸盐浓度差值，得到正磷酸盐变化量，建立聚磷变化量与正磷酸盐变化量之间相关关系。
所属的一种应用中红外光谱测定反硝化除磷中聚磷与正磷酸盐关系的方法，其特征在于，包括以下步骤:
(1)培养反硝化除磷污泥:采用厌氧-缺氧运行方式，在缺氧段开始时向反应器投加硝酸钾溶液，驯化使反硝化除磷菌成为优势种群，得反硝化除磷系统；
(2)取反硝化除磷系统中8个典型周期泥水混合物，每个周期取9个样品，共72个使用真空泵抽滤泥水混合物，得到水样和湿污泥样品各72个； (3)水样用常规化学方法测正磷酸盐浓度，湿污泥样品放入冷冻干燥机冷冻干燥22-26h，得到污泥样品用常规化学方法测聚磷含量，测定结果作为聚磷实测值，并扫描45个样品的中红外光谱，得到聚磷特征峰光谱区间内中红外光谱吸光度数值；
(4)以45个污泥样品聚磷特征峰光谱区间内中红外光谱吸光度数值为自变量，聚磷实测值为因变量，采用偏最小二乘法建立中红外光谱吸光度与聚磷实测值之间的校正模型，模型对聚磷校正时的相关系数r2为0.9622，校正时均方根误差RMSECV为0.0382 ；
(5)取未参与建模27个污泥样品，扫描其中红外光谱，得到聚磷特征峰光谱区间内中红外光谱吸光度数值，代入校正模型，得到聚磷含量的预测值，模型对聚磷预测时的相关系数r2为0.8949，预测时均方根误差RMSEP为0.0389 ；
(6)计算每个周期内相邻两个污泥样品聚磷含量预测值的差值，即聚磷变化量，计算与污泥样品对应的相邻两个水样正磷酸盐浓度差值，得到正磷酸盐变化量；建立聚磷变化量与正磷酸盐变化量之间相关关系，相关关系式为:尸6.861X-1.493式中，z为聚磷变化量，% ;7为正磷酸盐变化量，mg/L，相关系数r2为0.9581。
[0005]所述的一种应用中红外光谱测定反硝化除磷中聚磷与正磷酸盐关系的方法，其特征在于:所述的校正模型建模方法为偏最小二乘法；聚磷特征峰光谱区间为:波数1191cm_1~ 波数 1348cm_1o
[0006]所述的一种应用中红外光谱测定反硝化除磷中聚磷与正磷酸盐关系的方法，其特征在于:步骤(4)中用偏最小二乘法建立的校正模型采用交互检验法确定主成分数；校正模型用校正时均方根误差RMSECV值来评价，RMSECV越小，模型性能越好，模型对聚磷校正时的相关系数r2为0.9622，校正时均方根误差RMSECV为0.0382 ;采用步骤(5)进行外部验证的结果用预测时的均方根误差RMSEP值来评价，RMSEP越小，模型预测效果越好，模型对聚磷预测时的相关系数r2为0.8949，预测时均方根误差RMSEP为0.0389。
[0007]所述的一种应用中红外光谱测定反硝化除磷中聚磷与正磷酸盐关系的方法，其特征在于:根据步骤(6)建立的是相邻两个污泥样品聚磷含量预测值的差值，即聚磷变化量和与污泥样品对应的相邻两个水样正磷酸盐浓度差值，得到正磷酸盐变化量之间相关关系；相关关系式为:尸6.861X-1.493式中，z为聚磷变化量，% ； 7为正磷酸盐变化量，mg/L,相关系数r2为0.9581。
[0008]本发明的优点在于:
把中红外光谱运用到实际污水处理工艺中。利用中红外光谱建立的模型可以有效快速预测反硝化除磷系统内聚磷含量，并可以进一步建立聚磷变化量与正磷酸盐变化量之间相关关系，从而可以通过中红外光谱扫描反映反硝化除磷工艺中正磷酸盐的变化量，准确反映反硝化除磷工艺除磷效果及为工艺稳定运行提供技术支持。
【附图说明】
[0009]图1为典型周期污泥样品红外光谱图；
图2为聚磷校正值与实测值关系；
图3为模型对聚磷的预测结果；
图4为聚磷变化量与正磷酸盐变化量的关系。具体实施方案
[0010](I)培养反硝化除磷污泥:采用厌氧-缺氧运行方式，在缺氧段开始时向反应器投加硝酸钾溶液，驯化使反硝化除磷菌成为优势种群。
[0011](2)取反硝化除磷系统中8个典型周期泥水混合物，每个周期取9个样品，共72个。使用真空泵抽滤泥水混合物。得到水样和湿污泥样品各72个。
[0012](3)水样根据《废水检测分析方法》测正磷酸盐浓度；湿污泥样品放入冷冻干燥机冷冻干燥22-26 h，得到污泥样品用常规方法测聚磷含量，测定结果作为聚磷实测值，并使用傅里叶变换红外光谱仪(Nicolet Avatar 330，美国热电公司)扫描其中红外光谱。得到聚磷特征峰光谱区间波数ligicnT^波数1348CHT1内中红外光谱吸光度数值。典型