[發明專利]一種近紅外光譜測定污水中COD和BOD5指標的方法

有效

• 申請號: 201310076050.3
• 申請日: 2013-03-11
• 公開（公告）號: CN103175805A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 楚廣詣;聶磊;賈瑞寶;孫韶華;孔令華;姜紅;喬常紅;王輝;李濤;胡力華
• 申請（專利權）人: 楚廣詣
• 主分類號: G01N21/35
• 分類號: G01N21/35
• 代理公司: 山東濟南齊魯科技專利事務所有限公司 37108
• 代理人: 宋永麗

技術領域

本發明屬于污水處理領域，尤其是涉及一種近紅外光譜測定污水中COD和BOD₅指標的方法。

背景技術

有機物污染是水污染的重要污染物之一。在水質監測中，常采用化學需氧量（COD）和生化需氧量（BOD₅）作為重要的綜合指標來評價水體中有機物的污染程度。目前國內外測定COD指標的方法主要有重鉻酸鉀法、庫倫法和比色法；測定BOD₅指標的方法主要有稀釋與接種法、熒光法和生物傳感器法。這些測定方法通常需要對樣品進行預處理，操作復雜，有時需要用到有毒試劑，不僅危害身體健康，而且會造成二次污染。

近年來，近紅外光譜分析技術迅速發展。利用該技術分析樣品具有快速高效、不破壞樣品、不消耗化學試劑、無污染、便于在線分析等優點，因此在諸多領域得到了廣泛應用。近紅外光譜在水質監測方面的應用亦有報道：對污水樣品的近紅外光譜簡單預處理后直接建立測定模型；采用優化算法對污水樣品的近紅外光譜進行優化，然后建立測定模型；通過測定光程的變化與組合，提高近紅外光譜測定模型的靈敏度。但由于污水中的水分在近紅外光譜區域有強吸收，會對污水中待測定指標的光譜特征造成強烈干擾，導致最終測定指標的誤差較大。

發明內容

本發明的目的是針對上述現有技術中存在的不足，提供一種近紅外光譜測定污水中COD和BOD₅指標的方法。

本發明為實現上述目的，所采用的技術方案為：一種近紅外光譜測定污水中COD和BOD₅指標的方法，包括下述步驟：

（1）取污水樣品，先用常規方法測定污水樣品的COD和BOD₅的標準值，然后測定污水樣品的近紅外光譜，得到污水樣品的原始近紅外光譜數據；

（2）取純水樣品，在與污水樣品相同的條件下測定純水樣品的近紅外光譜，得到純水樣品的近紅外光譜數據；

（3）對污水樣品的原始近紅外光譜數據進行預處理后，用凱納德-斯通算法將污水樣品劃分為校正集和驗證集，通過計算扣除污水樣品中純水的近紅外光譜，得到污水樣品的剩余近紅外光譜數據；

（4）將校正集污水樣品的剩余近紅外光譜數據分別與用常規方法測定的COD和BOD₅的標準值進行關聯，用偏最小二乘法分別建立污水中COD和BOD₅指標的測定模型；

（5）將驗證集污水樣品的剩余近紅外光譜數據代入步驟（4）建立的測定模型得到COD和BOD₅的測定值，并與用常規方法測定的COD和BOD₅的標準值比較，對測定模型進行驗證、評價；

（6）取未知污水樣品，測定其近紅外光譜，重復步驟（3）后，得到未知污水樣品的剩余近紅外光譜數據，代入測定模型，即可測得未知污水樣品中COD和BOD₅指標。

本發明的一種近紅外光譜測定污水中COD和BOD₅指標的方法，步驟（3）中所述的扣除污水樣品中純水的近紅外光譜的計算方法為：

①構建與純水樣品的近紅外光譜數據正交的轉換矩陣Z，構建公式如下：

Z=I–W×(W’×W)^-1×W’，其中，W為純水樣品的近紅外光譜矩陣，I為單位矩陣，W’為W的轉置矩陣；

②根據轉換矩陣Z，計算污水樣品的剩余近紅外光譜數據，計算公式如下：

R=Z×S，其中，R為污水樣品的剩余近紅外光譜矩陣，S為污水樣品的原始近紅外光譜矩陣。

本發明的一種近紅外光譜測定污水中COD和BOD₅指標的方法，步驟（3）中所述的預處理為采用平滑濾波器對污水樣品的原始近紅外光譜數據進行濾波。

本發明的一種近紅外光譜測定污水中COD和BOD₅指標的方法，所述的測定模型對應的近紅外光譜的光譜范圍包括三個區域，分別為：Ⅰ區域：8800cm^-1～8500cm^-1、Ⅱ區域：7556cm^-1～7162cm^-1、Ⅲ區域：6329cm^-1～5470cm^-1。