[發明專利]一種結合水質參數和三維熒光光譜進行污染物溯源的方法

在審

• 申請號: 201811355655.5
• 申請日: 2018-11-14
• 公開（公告）號: CN109470667A
• 公開（公告）日: 2019-03-15
• 發明（設計）人: 劉莉莉;董永成;武廣哲;唐周;陳鑫;孫小淇;周純淳;林森;張敬;趙翰斌
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64;G01N33/18
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本發明提供了一種結合水質參數和三維熒光光譜進行污染物溯源的方法，步驟包括：水質檢測步驟、熒光檢測步驟、污染源類型識別步驟以及污染源確定步驟。該污染物溯源的方法結合PMF模型因子解析結果與特征熒光組分熒光強度比值，可快速判斷水體環境是否受到人為活動影響，并同時判斷其污染來源類型，再結合相關區域水質監測布點情況及水文參數定向篩查污染源，最終通過對比相應污染源檢測結果明確水體主要污染來源，具有操作簡便、準確度高、重現性好等優點，可以快速、有效識別水體環境中的典型污染源，為相關污染的管控與治理提供理論指導。

技術領域

本發明涉及一種污染物溯源的方法，尤其是一種結合水質參數和三維熒光光譜進行污染物溯源的方法。

背景技術

隨著人類社會高速發展，水體環境受到嚴重污染，其污染主要分為自然因素影響導致的水質變化和人為因素影響導致的水質惡化，如生活源的排放、農業面源污染、工業廢水的排放等。為有效控制水體污染，需明確水體所受污染源類型及其特性，并采取相應管控和治理措施，做到快速排查并控制污染源，確保水體水質安全。

通常，水質監測中依靠化學需氧量(COD)、生物需氧量(BOD)、氨氮(NH₃-N)等水質參數來反映水質優劣，但這些參數所反映的是水體有機物整體的綜合信息，很難判定其單一或特定的污染源。正定矩陣因子分解模型(PMF)是一種多元統計分析工具，通常將樣本數據矩陣分解為因子貢獻和因子分布兩個矩陣。與一般因子分析模型相同的是，PMF模型根據受體參數的數據集分配源和源的貢獻率；不同的是該方法可以得到非負約束的因子得分，并對數據的不確定性進行加權，當出現缺失值時可用數據的平均值或中位數替代，降低缺失數據對分析結果的影響。在PMF模型運行時，需人為確定因子數，不同因子數的選擇會導致源解析過程中各參數的載荷分配具有不確定性，可能會對源解析的結果產生較大的干擾，以往的研究中往往依據區域特征及不同因子解析結果選擇合適的因子數，但具有一定的主觀性。同時，水體中溶解性熒光類有機物(CDOM)保存了水體中有機污染物的詳細特征，如三維熒光光譜能根據污染物與含量不同，具有與水樣一一對應的特點，如人的指紋具有唯一性，被稱為污水的“熒光指紋”。熒光圖譜解析一般利用識峰法，利用最大熒光強度所在位置，確定激發與發射波長，繼而確定熒光峰類型，操作較為麻煩，并且因為熒光峰位置的變化，使樣品熒光峰強度無法在同一維度進行比較。若樣品過多會造成工作量巨大，不利于高效快捷判斷水體污染來源。PARAFAC法基于三線分解理論，采用交替最小二乘算法可實現熒光物質的“數學分離”，但其只能識別出特征熒光組分，無法定義各熒光組分準確來源。

發明內容

本發明的目的在于：提供一種結合水質參數和三維熒光光譜進行污染物溯源的方法，利用常規水質參數的解析以及三維熒光光譜的分析對水體污染物進行溯源。

為了實現上述發明目的，本發明提供了一種結合水質參數和三維熒光光譜進行污染物溯源的方法，包括如下步驟：

水質檢測步驟：對水樣進行常規水質參數檢測，再利用PCA/FA分析法確定常規水質參數的主因子數，再由PMF模型以主因子數計算各個常規水質參數的因子貢獻率，再根據因子貢獻率確定主要污染源；

熒光檢測步驟：對水樣進行三維熒光光譜檢測，再對檢測獲得的三維熒光光譜行PARAFAC法解析，獲得各個特征熒光組分，并計算各個特征熒光組分間的熒光強度比值；

污染源類型識別步驟：根據主要污染源以及熒光強度比值判斷該水樣采集點的污染源類型；

污染源確定步驟：獲取監測區域的各個水樣采集點布設位置以及水文參數，結合各個水樣采集點的布設位置、水文參數以及污染源類型確定污染物源頭。

進一步地，在進行水樣采集點布設時，需要根據監測區域的形狀和范圍大小確定采樣點的布設數量以及采樣點的位置，在進行各個采集點的水樣采集時，需要用0.45μm玻璃纖維濾膜進行過濾，去除水樣中的雜質。