一种利用溶解有机物组分和光谱指数监测水中化学需氧量浓度的方法技术

本发明专利技术提供一种利用溶解有机物组分和光谱指数监测水中化学需氧量浓度的方法，要解决现有检测水中化学需氧量浓度的方法存在监测周期长、采样缺乏代表性、水样的化学前处理过程复杂、分析过程难度高的缺陷的问题。方法：收集N个待测水样；采用重铬酸钾法测定所述N个水样的COD浓度；获得N个待测水样的三维荧光光谱；将所述三维荧光光谱矩阵数据计算得到N个水样的三个光谱指数：荧光指数、腐殖质指数、生物指数和M种组分荧光强度；得到COD与光谱指数和有机物组分的相关系数最大的指标“Cx值

【技术实现步骤摘要】
一种利用溶解有机物组分和光谱指数监测水中化学需氧量浓度的方法


[0001]本专利技术涉及一种监测水中化学需氧量浓度的方法。

技术介绍

[0002]水污染一直以来都是环境监测工作的重点，水质恶化对生态系统和人类健康构成威胁。有机污染物主要来自服务业、养殖业、地表径流和水生生物源等污染，以蛋白质、氨基酸、腐殖酸等有机污染物为主。以养猪废水为例，其是我国农业污水最主要的来源，经过生物技术处理后很难达标排放，尤其是高浓度COD难以通过微生物降解去除。COD浓度是衡量水质的重要指标之一。
[0003]大部分污水厂采用每日人工监测分析的方式，费时费力，无法实时反应尾水中污染物浓度的变化。常见的COD浓度检测方法包括分光光度法、高锰酸钾法、重铬酸钾法和快速消解法。重铬酸钾法是常用的检测COD浓度的方法，但是回流装置占的实验空间大，水、电消耗较大，试剂用量大，操作不便，难以大批量快速测定。高锰酸钾法的优点是实验过程中产生的污染比国标法小，但是缺点是试验中需要回滴过量草酸钠，耗时长，并且酸性高锰酸钾法氧化性较低，氧化不彻底，所以测得高锰酸盐指数比重铬酸盐指数低，通常与国标法测定结果相差3
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8倍。重铬酸钾法相对于传统的国标法来说，有效的节省了消耗在配置化学试剂的时间，无需进行滴定，操作方便；然而实验中消解过程仍需耗费2小时。快速消解法需要耗费大量化学药品，并且因微波炉种类不同，试验的功率和时间均不同。传统监测技术存在监测周期长、采样缺乏代表性、水样的化学前处理过程复杂、分析过程难度高等困难，造成监测数据在时间和空间分布上的不足问题，因此开发快捷、灵敏、有效的水质监测技术具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决现有检测水中化学需氧量浓度的方法存在监测周期长、采样缺乏代表性、水样的化学前处理过程复杂、分析过程难度高的缺陷的问题，提出一种利用溶解有机物组分和光谱指数监测水中化学需氧量浓度的方法。
[0005]本专利技术利用溶解有机物组分和光谱指数监测水中化学需氧量浓度的方法按以下步骤进行：
[0006]一、连续每天采集待测水的水样，获得N个水样；
[0007]二、采用重铬酸钾法测定步骤一所述N个水样的COD浓度；
[0008]三、利用荧光分光光度计扫描测量步骤一所述N个水样；
[0009]测量参数设置如下：激发波长为220～500nm，发射波长为220～550nm，扫描步长均为5nm，测量得到N个水样的三维荧光光谱矩阵数据；
[0010]四、利用步骤三获得的三维荧光光谱矩阵数据，分别计算得到每个水样的光学指数；所述光学指数为荧光指数(FI)、腐殖质指数(HIX)和生物指数(BIX)；
[0011]五、利用步骤三获得的三维荧光光谱矩阵数据，采用平行因子分析方法得到N个水样的最佳组分(DOM的最佳组分)的个数M，以及N个水样中所有最佳组分的荧光强度；
[0012]六、分别对步骤四计算得到的每个水样的光学指数和步骤五得到的每个水样中所有最佳组分的荧光强度与步骤二得到的N个水样的COD浓度值进行线性拟合，得到M+3个相关系数；
[0013]七、从步骤六得到的M+3个相关系数中选择最大的相关系数，将最大的相关系数对应的指标Cx值和COD浓度的线性拟合图作为“Cx值
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COD浓度”相关性线性图；所述指标Cx值为最大的相关系数对应的FI、HIX、BIX、最佳组分的荧光强度之一；
[0014]八、将新待测水样重复步骤三和四，或重复步骤三和五，获得Cx的值，根据步骤七中的相关性线性图得到新待测水样的COD浓度。
[0015]本专利技术的有益效果是：
[0016]本专利技术采用三维荧光光谱技术表征污水中溶解性有机物(DOM)组成、含量及光谱指数可间接监测污水中COD浓度，可用于COD浓度实时、批量检测。传统检测COD方法需耗时数小时甚至数天，不能及时反映水质变化，而且只能反映有机物总量，不能展现有机物成分。与现有方法相比，本专利技术方法避免了传统监测技术对化学试剂的过分使用，避免复杂的水样前处理过程，测试速度快，最短数秒内出测试结果；稳定性高，便于现场测样，打破实验室测试模式；能够快捷、灵敏、批量高效的的检测水中COD浓度。
附图说明
[0017]图1为实施例一中利用溶解有机物组分和光谱指数监测水中化学需氧量浓度的方法的流程图；
[0018]图2为实施例一中步骤四中3种光谱指数的数值图；
[0019]图3为实施例一中步骤五中最佳组分1的组分图；
[0020]图4为实施例一中步骤五中最佳组分2的组分图；
[0021]图5为实施例一中步骤五中最佳组分3的组分图；
[0022]图6为实施例一中步骤五中最佳组分4的组分图；
[0023]图7为实施例一中步骤五4种最佳组分的100个荧光强度图；
[0024]图8为实施例一步骤七拟合获得的“Cx值
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COD浓度”相关性线性图。
具体实施方式
[0025]本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意合理组合。
[0026]具体实施方式一：本实施方式利用溶解有机物组分和光谱指数监测水中化学需氧量浓度的方法按以下步骤进行：
[0027]一、连续每天采集待测水的水样，获得N个水样；
[0028]二、采用重铬酸钾法测定步骤一所述N个水样的COD浓度；
[0029]三、利用荧光分光光度计扫描测量步骤一所述N个水样；
[0030]测量参数设置如下：激发波长为220～500nm，发射波长为220～550nm，扫描步长均为5nm，测量得到N个水样的三维荧光光谱矩阵数据；
[0031]四、利用步骤三获得的三维荧光光谱矩阵数据，分别计算得到每个水样的光学指数；所述光学指数为荧光指数(FI)、腐殖质指数(HIX)和生物指数(BIX)；
[0032]五、利用步骤三获得的三维荧光光谱矩阵数据，采用平行因子分析方法得到N个水样的最佳组分的个数M，以及N个水样中所有最佳组分的荧光强度；
[0033]六、分别对步骤四计算得到的每个水样的光学指数和步骤五得到的每个水样中所有最佳组分的荧光强度与步骤二得到的N个水样的COD浓度值进行线性拟合，得到M+3个相关系数；
[0034]七、从步骤六得到的M+3个相关系数中选择最大的相关系数，将最大的相关系数对应的指标Cx值和COD浓度的线性拟合图作为“Cx值
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COD浓度”相关性线性图；所述指标Cx值为最大的相关系数对应的FI、HIX、BIX、最佳组分的荧光强度之一；
[0035]八、将新待测水样重复步骤三和四，或重复步骤三和五，获得Cx的值，根据步骤七中的相关性线性图得到新待测水样的COD浓度。
[0036]本实施方式具备以下有益效果：
[0037]本实施方式采用三维荧光光谱技术表征污水中溶解性有机物(DOM)组成、含量及光谱指数可间接监测污水中COD浓度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用溶解有机物组分和光谱指数监测水中化学需氧量浓度的方法，其特征在于：利用溶解有机物组分和光谱指数监测水中化学需氧量浓度的方法按以下步骤进行：一、连续每天采集待测水的水样，获得N个水样；二、采用重铬酸钾法测定步骤一所述N个水样的COD浓度；三、利用荧光分光光度计扫描测量步骤一所述N个水样；测量参数设置如下：激发波长为220～500nm，发射波长为220～550nm，扫描步长均为5nm，测量得到N个水样的三维荧光光谱矩阵数据；四、利用步骤三获得的三维荧光光谱矩阵数据，分别计算得到每个水样的光学指数；所述光学指数为荧光指数(FI)、腐殖质指数(HIX)和生物指数(BIX)；五、利用步骤三获得的三维荧光光谱矩阵数据，采用平行因子分析方法得到N个水样的最佳组分的个数M，以及N个水样中所有最佳组分的荧光强度；六、分别对步骤四计算得到的每个水样的光学指数和步骤五得到的每个水样中所有最佳组分的荧光强度与步骤二得到的N个水样的COD浓度值进行线性拟合，得到M+3个相关系数；七、从步骤六得到的M+3个相关系数中选择最大的相关系数，将最大的相关系数对应的指标Cx值和COD浓度的线性拟合图作为“Cx值
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COD浓度”相关性线性图；所述指标Cx值为最大的相关系数对应的FI、HIX、BIX、最佳组分的荧光强度之一；八、将新待测水样重复步骤三和四，或重复步骤三和五，获得Cx的值，根据步骤七中的相关性线性图得到新待测水样的COD浓度。2.根据权利要求1所述的一种利用溶解有机物组分和光谱指数监测水中化学需氧量浓度的方法，其特征在于：步骤一所述N为100～200；步骤一采用醋酸纤维滤膜对水样进行过滤，将过滤后的水样进行冷冻保存；所述滤膜孔径为0.45μm，所述冷冻保存温度为
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10～
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20℃。3.根据权利要求1所述一种利用溶解有机物组分和光谱指数监测水中化学需氧量浓度的方法，其特征在于：步骤二采用重铬酸钾法测定。4.根据权利要求1所述一种利用溶解有机物组分和光谱指数监测水中化学需氧量浓度的方法，其特征在于：步骤三激发宽度为5nm，发射狭缝宽度为10nm。5.根据权利要求1所述一种利用溶解有机...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晶晶，高金良，程亚运，邱景辉，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：