基于KPCA-PSO-ELM算法的地表水化学需氧量紫外-可见吸收光谱检测研究

化学需氧量(COD)是水质检测重要指标之一,反映水体有机物含量。传统的COD化学检测方法存在操作繁琐,等待时间长,二次污染等缺点。紫外-可见吸收光谱法是目前水体化学需氧量检测中应用最为广泛的方法之一,具有检测快速、无污染等特点。为了满足地表水化学需氧量快速、实时、在线监测等要求,采用紫外-可见吸收光谱进行测量,提出了内核主成分分析(KPCA)结合粒子群优化极限学习机(PSO-ELM)预测模型,满足当前对地表水化学需氧量快速、实时监测的要求。对光谱进行Savitzky-Golay(SG)滤波以降低随机噪声的影响;用积分光谱代替原光谱,以降低信号波动带来的影响;再将得到的光谱信息归一化,消除不同光谱数据量纲的影响。将预处理后的数据利用KPCA算法将全光谱数据压缩为5个特征,有效解决光谱信息冗余的问题;采用PSO算法对ELM的权重和偏置进行优化极大提高了模型的精度。对217个河流、长江及支流、湖库等地表水样本按照7∶3随机划分成训练集和测试集,并进行建模测试,其中训练集拟合优度(R2)为0.930 2、均方根误差(RMSE)为0.363 0 mg·L^(-1)、测试集拟合优度R2为0.931 9、均方根误差(RMSE)为0.400 7 mg·L^(-1)。为了验证提出的基于KPCA全光谱数据压缩方法对预测模型的提升效果,分别对比了主成分分析(PCA)、连续投影算法(SPA)、套索回归(LASSO)等特征处理算法。PCA-PSO-ELM模型的RMSE为0.715 1 mg·L^(-1)、 SPA-PSO-ELM模型的RMSE为0.473 7 mg·L^(-1)、 LASSO-PSO-ELM模型的RMSE为0.412 6 mg·L^(-1), KPCA-PSO-ELM模型较上述三种模型,RMSE分别降低了78.46%、 18.22%、 2.97%,结果表明KPCA是一种高效的光谱降维算法,能够有效消除光谱冗余信息,提升模型预测精度。基于KPCA-PSO-ELM预测模型结合紫外-可见吸收光谱可以实现对地表水COD快速、实时检测,为在线COD检测场景提供方法支撑。

化学需氧量精品实验项目的建设与探索

以“环境监测实验”课程中经典的“化学需氧量(CODcr)测定”实验项目为例,从教学理念、教学内容和教学方法等开展精品实验项目建设。在教学理念上,遵循工程教育专业认证的“OBE”教学理念,将传统实验项目改进为探究性实验项目,以培养学生的动手能力、研究能力和思维能力。在传统课内实验教学基础上,引入前沿监测知识和新型测试技术,建立常规实验与拓展实验相结合的教学内容,引入两种测试方法的比较与总结环节,以此提高学生学习的主动性和综合能力。精品实验项目的建设,丰富了实验教学内涵,提高了实验教学效果,满足新时期环境学科一流人才培养的需要。

全自动化学需氧量分析仪在水质分析中的应用

通过使用国标手工法与北京吉天ACOD-30全自动化学需氧量分析仪测定水质化学需氧量的对比实验,分析两种测量方式测定结果之间的差异性。测量结果表明手工法与北京吉天ACOD-30全自动化学需氧量分析仪都能满足《水质化学需氧量的测定重铬酸盐法》(HJ828-2017)中化学需氧量测定的要求。同时,利用F检验法和t检验法进一步判断手工法与北京吉天ACOD-30全自动化学需氧量分析仪在测试有证标准物质时不存在显著性差异。同时全自动化学需氧量分析仪法可有效控制测定条件,有效节约人力资源,提高分析人员在操作过程中的安全性问题,具有很好的应用前景。

重铬酸盐法与快速消解分光光度法测定化学需氧量的对比

文章通过对重铬酸盐法和快速消解分光光度法检出限、精密度、正确度和不同行业的实际样品的分析,以及操作过程中的试剂前处理、操作步骤、消解时间、计算公式、产生废液量及实验效率的比较,着重讨论了两种检测方法的准确性与适用性。经分析可知,两种检测方法对实际水样中COD的测定结果相近。检出限、精密度、正确度均符合检测方法的要求,结果无明显差异。快速消解分光光度法所用试剂无需前处理、仪器操作简单、消解时间短、实验结果直接读取无需计算且产生废液量少,实验效率更高,在大批量快速检测或突发检测中的适用性远高于重铬酸盐法。

基于高光谱数据的地表水化学需氧量反演

化学需氧量(COD)是地表水质量评价的重要指标。传统的COD检测方法存在需使用有毒试剂、易造成二次污染等缺点,高光谱法可避免上述缺点,在COD检测方面有着广阔的应用前景。为了探索在室内利用高光谱技术反演地表水COD浓度的可行性方法,以吉林省内流域的129个地表水样本为研究对象,将样本集以3∶1划分为训练集和测试集,使用高光谱成像系统收集样本的DN值并计算相应的水体光谱反射率,采用导数法进行数据预处理,通过Pearson相关性分析判断光谱数据与COD浓度实测值间的相关程度并提取特征谱数据。利用全谱数据和特征谱数据分别建立基于粒子群算法优化的最小二乘支持向量机(PSO-LSSVM)反演模型,通过决定系数R^(2)、均方差RMSE和相对偏差RPD分析比较这几种模型的预测精度和可靠性。研究结果表明:经过导数法预处理后,地表水COD浓度与光谱反射率的相关性明显增强;利用导数光谱数据建模的预测结果优于用原始光谱数据建模的预测结果;提取特征谱数据所建立的模型比利用全谱数据建立的模型有更好的预测效果。其中采用一阶导数预处理方法并利用特征谱建立的地表水COD浓度反演模型预测结果最好,验证集决定系数R^(2)=0.8567,均方差RMSE=3.8229,相对偏差RPD=2.6414。以上研究初步证实了在室内基于高光谱数据对地表水COD浓度进行反演的可行性,为高光谱技术用于地表水COD检测提供了新的方法和思路。

高氯低化学需氧量地表水分析方法研究

定边县部分河流断面水质的氯离子(Cl^(-))含量一般在2000~4000 mg/L之间,河(湖)床与两岸盐碱化严重。而氯离子是化学需氧量测定时的主要干扰物质,可通过选择不同浓度硫酸汞络合的方式消除氯离子对COD测定结果的干扰。当C(Cl^(-))≤2500 mg/L,使用10 mg/L硫酸汞溶液时,氯离子对COD结果干扰很小;当2500 mg/L≤C(Cl^(-))≤3500 mg/L,使用15 mg/L硫酸汞溶液时,氯离子对COD结果干扰小;当3500 mg/L≤C(Cl^(-))≤4000 mg/L,使用20 mg/L硫酸汞溶液时,氯离子对COD结果干扰小。

氯离子对化学需氧量的影响及屏蔽方法的研究

为系统探明氯离子对化学需氧量(COD)的影响,并获得有效的屏蔽方法,降低检测误差,本文以COD标准溶液为研究对象,探讨了氯离子及硫酸汞对COD测试值的影响,实验结果显示,氯离子对COD的测试存在显著的干扰,特别是对于COD值小的样品,引起的测试误差更大。硫酸汞具有较好的屏蔽效果,在屏蔽倍率为30∶1时,对于COD≥200 mg/L的样品,其测试误差可以达到10.00%以内。对于COD≤50 mg/L的样品,采用低浓度测试条件,在屏蔽倍率为20∶1时可达到较好的屏蔽效果,但硫酸汞用量不宜过多且宜在量取试样后加入。

污水中化学需氧量(COD)与浊度的关系

【目的】研究某采油管理区生活污水处理站出水样品中化学需氧量与浊度之间的关系,提出便捷、快速判断污水水质的方式,为该处理站运营人员提供管理依据。【方法】使用快速测定仪,对2023年8月份不同日期,在该采油管理区生活污水处理站出口处采取的16个水样的化学需氧量与浊度进行检测,并使用最小二乘法对检测数据进行整理、分析。【结果】结果表明,该采油管理区生活污水处理站出水水样中化学需氧量与浊度存在线性正相关关系,线性方程为y=0.247 1x-4.848 8,线性回归判定系数R2=0.931 5(即化学需氧量与浊度具有较高的相关性)。【结论】可以通过简单易测的浊度来表征该采油管理区生活污水处理站出水中的化学需氧量。

重铬酸钾法测定水中化学需氧量的影响因素探讨

化学需氧量是水质监测的重要指标之一,其数值可以直接反映水体的污染程度。目前实验室常采用重铬酸钾法测定化学需氧量,但是实验操作过程中会受到多方面因素的影响,导致实验数据出现偏差,从而影响水质分析。因此,本文从消解时间、氯离子含量、冷却时长、冷却方式、保存条件等方面进行探讨,详细分析影响测定的原因,以期获得更加准确的分析数据结果。

缢蛏对养殖尾水化学需氧量和悬浮物去除效果

海水养殖业作为大连重要产业之一,近年来发展迅速,2022年大连市海水养殖面积达42×104hm2,其中规模养殖面积为27.3×104hm2,水产品产量为196×104t[1]。伴随产业的快速发展,大量养殖尾水直排入海后,影响了近岸海域水环境质量。海水养殖尾水里污染物主要包括残饵、生物粪便和其他有机质碎屑,其中氮(N)、磷(P)等排放量超过近岸海域环境承载力,导致海水富营养化以及近岸海域生态环境被破坏。

高氯离子水中化学需氧量的测定方法研究

水质化学需氧量的测定氯离子浓度对实验结果有很大的影响。《高氯废水化学需氧量的测定氯气校正法》(HJ/T70—2001)中氯气校正法检出限为30 mg/L,对于高氯低COD的水样来说存在不足。根据此类水质特征,对上述氯气校正法进行了研究和改进,详细介绍了方法原理和测定步骤,并从检出限和测定下限、精密度、正确度进行了分析验证。结果表明,该方法对高氯低COD的样品测定准确、可靠。

电位滴定法测定制革废水化学需氧量的实验设计

建立了密闭氧化消解-自动电位滴定测定化学需氧量COD的方法,并对所建立方法的准确度、精密度进行了评估。将此方法应用于制革废水COD的测定,在加标回收实验中,加标30 mg/L的试样,回收率为94.453%,加标60 mg/L的试样,回收率为105.132%。将建立的新方法与国标法进行了对比,实验发现,两种方法的相对标准偏差都在3%以内。因此所建立的方法是可行的,该方法能够应用于实践研究,且操作方便,节约试剂,效率高,避免肉眼目测对测定结果带来的主观误差,使测定结果更加客观准确。在此实验过程中,提高了学生的动手实践能力,培养了学生的主观能动性,激发了学生对科研的兴趣。

造纸法烟草薄片废水化学需氧量的快速预测

造纸法烟草薄片废水的COD高且波动大,采用传统国标检测方法(重铬酸钾比色法)操作复杂、耗时长,难以实现快速检测以指导污水处理工况的及时调整。针对此问题,提出了一种基于机器学习的COD快速预测方法。在对烟草薄片废水水质指标分析基础上,采用数理统计结合人工智能的方法对废水COD与悬浮物、pH、溶解氧和电导率等水质参数之间的关系进行分析,并建立COD预测模型。结果表明,线性回归、多项式拟合、正则化回归、回归树等模型的R^(2)为0.656~0.777,基于机器学习的极端随机森林模型的R^(2)最高,为0.861。同时显著性检验结果表明极端随机森林模型具有最小的失拟偏差和最精确的拟合效果,利用该模型对实际废水进行验证和预测,相对偏差在±12%以内,可实现对烟草薄片废水COD的快速预测。

利用绿色碳点-流动注射荧光法测定环境水中化学需氧量

为了达到快速、在线监测水质指标化学需氧量(COD)的目的,首次以废弃物核桃绿皮为碳源、乙二胺为氮源,水热法制备得到绿色碳点,并利用紫外可见光谱、荧光光谱及透射电镜对碳点进行了表征。基于高锰酸根内滤光效应及氧化作用猝灭碳点荧光的机理,建立了流动注射荧光猝灭法快速、自动测定水样中COD的方法。在最佳条件下,测定COD的线性范围为0.5~80 mg/L,检出限为0.15 mg/L,Cl^(-)质量浓度至10000 mg/L时不干扰测定。最后,采用该方法测定了几种环境水样的COD,结果与国标法一致。

化学需氧量检测标准与检测方法进展

水生态环境质量的监测评估是加强国家生态环境安全监测预警重要组成部分,对当前深入扎实打好水资源污染与防治攻坚战意义重大。化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)是综合评价水体环境质量和有机物质污染的重要指标,亦是中国实施污染物总量控制的重要参考指标。本研究剖析了国内外COD检测标准,整理了现行的标准中采用的COD化学检测方法,比较不同标准方法的优缺点及其改进的研究现状。对比分析了国内外水污染物排放限值及原因,从国家标准和地方标准两个方面总结了现行COD标准中采用的检测方法,分析不同流域COD排放限值的规定。本论文为我国水环境中COD监测提出建议,有效促进中国水资源环境保护与循环利用。

生活污水处理站化学需氧量优化控制

污水站作为处理生活污水的方式,一般采用生物污泥处理工艺,按照国标《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)要求,需要对化学耗氧量(COD)进行监督和控制。由于生活污水来源复杂,有益微生物对环境要求苛刻等原因,容易受外界冲击扰动和污泥老化、中毒、膨胀等问题影响,导致生活污水出水COD存在超标风险。本文结合生活污水特性和处理工艺的特点,将细菌活度、温度、营养比、氧气含量等参数进行组合,利用污水处理过程中生化机理总结归纳出一种快速、有效的COD的控制方法,降低环保风险。

高化学需氧量工业废盐炭化除杂及精制工艺研究

研究了炭化处理消除高化学需氧量(COD)工业废盐中的有机污染物,并实现废盐的精制。主要考察了炭化气氛、炭化反应温度、反应时间、料层厚度和废盐含水率等因素对炭化过程有机物脱除效果和炭化盐形态的影响。当原始废盐水溶性COD含量为6680mg/kg、含水率为0.85%(质量分数)时,正交实验结果表明,炭化温度相比炭化反应时间、炭化气氛和料层厚度对炭化过程有机物的脱除效果具有更高的显著值。单因素实验结果表明,采用空气气氛下炭化、炭化反应温度为575℃、料层厚度为25mm、炭化时间为1h时,其水溶性COD的残留量平均值为87.36mg/kg,去除率可达到98%以上;质量分数为20%的盐溶液色度值由975.4降至13.5,经净化精制所得的硫酸钠产品满足GB/T6009—2014《工业无水硫酸钠》Ⅰ类一等品标准要求。

高氯废水化学需氧量测定中硫酸汞掩蔽氯离子的影响因素

在按照标准方法HJ 828-2017和HJ/T 70-2001测定高氯废水的化学需氧量时,氯离子对测定结果具有明显的正干扰,但是系统性研究硫酸汞掩蔽氯离子影响因素的文献尚未见报道,因此考察了消解温度、消解方法、催化剂、硫酸汞与氯离子质量比、共存次氯酸根和共存溴离子等因素的影响,并进行了方法验证。以含1 000,2 000,5 000,7 500,10 000 mg·L^(-1)氯离子的100mg·L^(-1)(以氧计,通过邻苯二甲酸氢钾换算)化学需氧量标准溶液为待测对象,以重铬酸钾作氧化剂,硫酸亚铁铵滴定法测定,比较了消解温度分别为180,220,260℃,消解方法分别为回流消解和密闭消解,添加或不添加硫酸银催化剂,硫酸汞与氯离子质量比分别为10∶1、20∶1和30∶1,共存次氯酸钠质量浓度分别为0,10,20,30mg·L^(-1)(氯离子质量浓度为1 000mg·L^(-1)),共存溴离子质量浓度分别为0,200,400,800mg·L^(-1)(氯离子质量浓度为1 000mg·L^(-1))时化学需氧量测定值的相对误差以及相对标准偏差(RSD,n=5),并以优化的试验条件测定化学需氧量标准溶液和实际样品。结果显示:不添加催化剂,硫酸汞与氯离子质量比为20∶1,180℃密闭消解等条件有利于硫酸汞掩蔽氯离子,共存次氯酸根以及溴离子会对硫酸汞掩蔽氯离子产生显著的负、正干扰;用上述优化的方法测定氯离子质量浓度小于7 500mg·L^(-1)且不含难氧化有机物的加标样品和化学需氧量标准溶液,测定值的相对误差和RSD(n=5)均小于10%和5.3%,回收率为81.4%~107%;对比标准方法 HJ 828-2017和HJ/T 70-2001,优化方法的准确度和精密度以及样品的适用范围大幅提高,并且无需使用复杂的回流装置,提高了测定效率。

不同光程下化学需氧量的光谱吸收特性

利用超短光程比色皿,结合超高灵敏度紫外可见分光光度计、高性能光谱仪,在室温下暗室环境中研究了化学需氧量的紫外吸收光谱,并基于溶液在紫外波段的光谱吸收特性进行分析建模。使得光谱法测定化学需氧量的线性范围扩展到4 000 mg/L。一元鲁棒线性回归模型拟合结果显示,其相关系数r达到0.999 7。该研究扩大了光谱分析技术研究化学需氧量浓度的范围,为高浓度溶液的光学研究、高量程光谱水质在线监测仪器研发,提供了可行性实验依据和理论支撑。

基于快速消解分光光度法的化学需氧量在线分析仪

介绍了一款自主研制的基于快速消解分光光度法的操作简便、分析速度快、自动化程度高、所需试剂少的化学需氧量在线分析仪,其可实现10~2000 mg·L^(-1)质量浓度范围内的化学需氧量的自动在线监测。对分析仪的测量原理、检测试剂、反应消解检测模块和控制模块进行了阐述,并根据环境标准对分析仪进行了示值误差、定量下限、重复性等性能测试。结果表明:该分析仪稳定好、定量下限低、重复性好、精度高,能够满足现场应用需求,具有良好的应用推广价值。