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可解释性长短期记忆模型用于预测湖泊总磷浓度变化

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湖泊科学 2024年第4期36卷 1046-1059,I0007页

作者：丁艺鼎范宏翔徐力刚蒋名亮吕海深朱永华程俊翔河海大学水文与水资源学院南京210098 中国科学院南京地理与湖泊研究所南京210018 中国科学院大学南京学院南京211135 江西省鄱阳湖流域生态水利技术创新中心南昌330029

对湖泊总磷的变化预测和来源识别对水资源调度和流域生态治理有着重要的意义,然而复杂的生化反应和水动力条件导致的非平稳性给湖泊总磷浓度的准确预测带来极大的困难。为克服这一挑战,本文引入了基于加权回归的季节趋势分解(seasonal a... 详细信息

对湖泊总磷的变化预测和来源识别对水资源调度和流域生态治理有着重要的意义,然而复杂的生化反应和水动力条件导致的非平稳性给湖泊总磷浓度的准确预测带来极大的困难。为克服这一挑战,本文引入了基于加权回归的季节趋势分解(seasonal and trend decomposition using Loess,STL)技术和夏普利加法(SHapley additive exPlanations,SHAP)结合长短期记忆网络(long short-term memory neural network,LSTM)和门控循环单元(gated recurrent unit,GRU)构建了一个可解释的预测框架,以增强对湖泊总磷浓度演变的预测并提高其可解释性。研究表明:(1)在骆马湖总磷浓度的预测中,该框架拥有较好的预报精度(R^(2)=0.878),优于LSTM和卷积长短期记忆模型(convolutional neural networks and long short term memory network,CNN-LSTM)。当预测时间步长增加到8 h时,该框架有效提高了总磷浓度的预测精度,平均相对误差和均方根误差分别降低了47.1%和33.3%。从预测趋势来看,骆马湖在汛期的总磷平均浓度为0.158 mg/L,相较于非汛期的平均浓度,增加了202.1%。(2)运河来水是骆马湖总磷浓度最重要的影响因素,贡献权重为60.0%,并且不同断面(三湾、三场)的污染源受水动力、气象等因素的影响存在显著的时空差异。本文凸显了神经网络模型在预警水体污染方面的可实施性,并且为提高传统神经网络的学习能力和可解释性的开发与验证提供了重要方向。

关键词：深度学习 LSTM SHAP 总磷可解释性研究骆马湖

人造沸石和PFS去除城镇生活污水氨氮和总磷的实验研究

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水处理技术 2024年

作者：吴永明涂勋吴留兴郭雨婷李昆邓觅南昌大学资源与环境学院鄱阳湖环境与资源利用教育部重点实验室江西省科学院微生物研究所南昌工程学院土木与建筑工程学院

采用人造沸石和聚合硫酸铁（PFS）处理污水中氨氮和总磷，人造沸石实验采取连续进水模式，从沸石投加量、曝气量和流速（水力停留时间）多角度考察对污水中氨氮的去除，PFS实验从浓度、搅拌转速、混凝时间、沉降时间和取样深度多方面考... 详细信息

采用人造沸石和聚合硫酸铁（PFS）处理污水中氨氮和总磷，人造沸石实验采取连续进水模式，从沸石投加量、曝气量和流速（水力停留时间）多角度考察对污水中氨氮的去除，PFS实验从浓度、搅拌转速、混凝时间、沉降时间和取样深度多方面考察对污水中总磷的去除。结果表明：对于NH3-N去除，单独曝气或人造沸石均效果不佳，去除率分别达10.01%±1.69%和49.49%±5.08%，但两者共同作用可极大提升去除效率，达90.55%±1.41%；水力停留时间在2.4～5.5 h范围内越长氨氮出水浓度越低，5.5 h时最低为（2.81±0.14）mg/L。对于TP去除，低浓度PFS(50、100 mg/L)表现出的去除效果不明显，去除率仅达6.62%～10.39%，至400 mg/L时去除率达89.58%±0.79%；转速110 r/min增加至205 r/min,TP去除率仅相差0.27%～3.77%；混凝时间由1 min增至10 min，去除率由52.36%±3.84%提升至87.30%±0.99%，且15 min为最佳沉降时间，之后TP质量浓度趋于平衡；不同取样深度对TP去除无较大影响；最佳实验参数组为PFS浓度400 mg/L，转速110 r/min，混凝10 min后沉降15 min，液面以下池深10%（约2 cm）处取样，出水TP质量浓度可达（0.17±0.01）mg/L，去除率达（89.58±0.79）%，明显优于GB 18918-2002一级A标准。人造沸石和PFS在城镇生活污水氮磷突发状况及深度处理，如某些工艺阶段设备突发事故导致不能运转的紧急情况或出水有深度处理需求的场合具有一定的技术研究和实际应用价值。

关键词：人造沸石氨氮聚合硫酸铁总磷城镇生活污水

在线紫外光催化纳米二氧化钛氧化消解-磷钼蓝光度法测定总磷

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分析试验室 2024年

作者：张凯龙钱思雨张芷语何彤彤徐旻谭志文浦江县生态环境监测站浙江万里学院生物与环境学院

建立了在线紫外光催化纳米二氧化钛(TiO2)氧化消解，联合磷钼蓝光度法测定水样总磷的方法。采用钛酸四丁酯水解溶胶涂覆法制备了负载纳米TiO2的小内径螺旋石英管微反应器，待测水样在螺旋石英管内连续流动光催化氧化消解后，经还原显色... 详细信息

建立了在线紫外光催化纳米二氧化钛(TiO2)氧化消解，联合磷钼蓝光度法测定水样总磷的方法。采用钛酸四丁酯水解溶胶涂覆法制备了负载纳米TiO2的小内径螺旋石英管微反应器，待测水样在螺旋石英管内连续流动光催化氧化消解后，经还原显色后进入流动比色皿-分光光度计检测器，在线采集信号。结果表明，待测样品、抗坏血酸和钼酸铵流速分别为80，5，8 μL/min时，总磷浓度低于1.00 mg/L的水样消解完全。总磷浓度在0.10～1.00 mg/L范围内时与吸光度呈线性关系，检出限为0.006 mg/L，采样稳定性相对标准偏差(RSD)小于0.65%。典型含磷化合物模拟水样的总磷测定相对误差在-4.0%～0.6%。应用本方法测定地表水中的总磷，加标回收率在95.2%～101.5%，相对标准偏差小于1.5%。

关键词：总磷紫外光纳米二氧化钛在线消解在线光度法

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基于流域分区的鄱阳湖流域入湖总磷负荷估算

中国农村水利水电 2024年第1期 189-196页

作者：崔芳王华曾一川闫雨婷陈经纬河海大学环境学院江苏南京210098 河海大学浅水湖泊综合治理与资源开发教育部重点实验室江苏南京210098

随着江西省和环鄱阳湖经济带的快速发展,鄱阳湖湖区总磷超标且浓度日益上升。针对鄱阳湖流域内主要磷污染来源成因问题,基于污染源普查的流域分区技术方法,开展全流域总磷污染负荷核算和入湖磷污染源系统定量解析。结果表明:2021年鄱阳... 详细信息

随着江西省和环鄱阳湖经济带的快速发展,鄱阳湖湖区总磷超标且浓度日益上升。针对鄱阳湖流域内主要磷污染来源成因问题,基于污染源普查的流域分区技术方法,开展全流域总磷污染负荷核算和入湖磷污染源系统定量解析。结果表明:2021年鄱阳湖入湖总磷污染负荷为1.49万t,主要污染来源于陆域输入,其贡献占比为87.73%,湖体内污染源主要来自于内源释放(5.52%)和水土流失(4.60%);污染源按贡献权重大小排序依次为畜禽养殖(48.63%)>城镇生活(20.01%)>种植业(9.71%)>水产养殖(7.37%)>内源释放(5.52%)>水土流失(4.6%)>工业企业(1.12%)>农村生活(0.89%)>候鸟粪便(0.46%)>旅游业(0.12%);在空间分布上,总磷入湖负荷高贡献流域主要集中在赣江集水区和滨湖区,贡献占比分别为50.67%、25.92%,抚河和信江集水区总磷产生量集中,贡献率分别为7.64%、8.34%;各分区的总磷污染源贡献结构类似,主要呈现为农业源为主,城镇源为次要来源。研究显示,鄱阳湖总磷污染来源具有明显的空间差异性,但不同区域对总磷入湖主控污染源具有相似性,建议优先管控滨湖区和赣江集水区等高贡献流域,并针对农业源、城镇生活等主控贡献源提出相应的防控削减措施,以改善鄱阳湖流域生态环境。

关键词：鄱阳湖总磷污染负荷空间差异主控污染源

双通道在线连续流动分析法同时测定环境水样中总磷和磷酸盐

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中国无机分析化学 2024年第5期14卷 521-529页

作者：肖细炼陈燕波魏立邵鑫刘金陈金宝张春林王宁涛杨红梅中国地质调查局武汉地质调查中心(中南地质科技创新中心) 武汉430205 中国地质调查局长沙自然资源综合调查中心长沙410699

准确测定环境水样中的总磷和磷酸盐含量,对于评价水体的环境污染程度和富营养化程度具有非常重要的意义。通过对消解试剂及浓度、加热温度、泵速等条件进行考察,将样品和总磷、磷酸盐试剂分别通过自动进样器和蠕动泵在线载入各自管路,... 详细信息

准确测定环境水样中的总磷和磷酸盐含量,对于评价水体的环境污染程度和富营养化程度具有非常重要的意义。通过对消解试剂及浓度、加热温度、泵速等条件进行考察,将样品和总磷、磷酸盐试剂分别通过自动进样器和蠕动泵在线载入各自管路,再进入各自的化学分析模块进行化学反应,之后进入各自的比色计在波长为660 nm条件下完成检测,建立了双通道在线连续流动分析法同时测定环境水样中总磷和磷酸盐的分析方法。以空白介质溶液配制校准系列,使得校准系列与试样基体匹配,消除了基体效应干扰影响。结果表明:在最佳的实验条件下,校准曲线的线性相关性较好;总磷和磷酸盐测定结果的相对标准偏差(RSD)为1.0%~2.6%,精密度较好;总磷和磷酸盐方法检出限分别为0.010 mg/L和0.022 mg/L;经国家水样标准物质验证,方法相对误差(RE)均在±5%以内,测定值与标准值相吻合,方法准确度较好;应用建立的方法对实际样品进行分析,并与传统国家标准方法进行比对,测定值的相对偏差(RD)均小于5%,更进一步验证了方法的准确性、可靠性,能够满足大批量环境水样中总磷和磷酸盐的分析要求。

关键词：连续流动分析法环境水样总磷磷酸盐

海水总磷总氮在线分析仪硬件电路设计及校准模型建立

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海水总磷总氮在线分析仪硬件电路设计及校准模型建立

作者：曾越齐鲁工业大学

学位级别：硕士

在当代环境监测领域,实现对海水中总磷和总氮的在线分析至关重要,它不仅对人们了解海洋生态系统的健康状态有重要意义,也是全球气候变化研究和海洋污染防控的关键。针对现有技术在海水总磷、总氮在线监测中所面临的挑战,本文通过一系列... 详细信息

在当代环境监测领域,实现对海水中总磷和总氮的在线分析至关重要,它不仅对人们了解海洋生态系统的健康状态有重要意义,也是全球气候变化研究和海洋污染防控的关键。针对现有技术在海水总磷、总氮在线监测中所面临的挑战,本文通过一系列技术升级和优化,提高了总磷总氮在线分析仪的检测准确度和系统稳定性,对海洋环境保护与可持续发展提供了一定的技术支持。本文首先调研了海水总磷、总氮检测的理论基础及方法,通过改进光学检测装置并解释了光学检测原理,实现了对分析仪测量原理与过程的改进,为后续的技术开发奠定了坚实的理论基础。在硬件设计与温度控制方面,本文详细介绍了一套全新的电路控制系统设计方案,包括电源模块、最小系统供电电路等关键部分的设计。特别是通过采用过零触发型固态继电器和双闭环PID控制策略,本研究成功实现了对加热与冷却模块的温度控制,提高了系统的响应速度和化学消解效率。为了校准环境因子对总磷、总氮检测结果的影响,本文构建了一套环境因子校正模型,为海水总磷总氮分析仪的准确测量提供了技术支持。在深入讨论了温度和盐度变化对检测精度的影响后,通过系列实验和数据分析,验证了模型的有效性,为海水总磷总氮在线分析仪提供了可靠的校准方法。最后,总磷总氮在线分析仪通过性能测试及海水现场试验,验证了测量范围、检出限和重复性等关键性能指标,证实了其在实际海水监测中的实用价值。本文在海水总氮和总磷现场分析技术方面取得了重要进展,提升了检测的准确度和系统稳定性,为海洋环境监测和保护提供了技术支持。通过技术升级和系统优化,为海洋科学研究和环境保护提供了保障,对于推动海洋环境的可持续发展具有重要意义。

关键词：海水总磷总氮在线分析仪校准模型

总磷在线分析仪的准确性及影响因素分析——以泸州市水质自动监测站为例

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科技和产业 2024年第11期24卷 171-174页

作者：薛京洲付卫卫赵倩何仁江四川省泸州生态环境监测中心站四川泸州646000 环境健康效应及风险评估泸州市重点实验室四川泸州646000 上海科泽智慧环境科技有限公司上海200040

为分析总磷在线分析仪的准确性及影响因素,回顾性分析2023年泸州市省级水质自动监测站中3款不同型号的总磷在线分析仪全年的质控监测数据。结果表明:采用钼酸铵分光光度法的总磷在线分析仪具有较高的准确性、稳定性和线性,但受仪器试剂... 详细信息

为分析总磷在线分析仪的准确性及影响因素,回顾性分析2023年泸州市省级水质自动监测站中3款不同型号的总磷在线分析仪全年的质控监测数据。结果表明:采用钼酸铵分光光度法的总磷在线分析仪具有较高的准确性、稳定性和线性,但受仪器试剂浓度和仪器校准曲线的影响,会阶段性出现测量偏差。实际水样的加标回收和实验室比对结果表明,浊度会影响分析结果的准确性,其中具有浊度补偿功能的仪器受浊度影响较小。

关键词：泸州市地表水总磷自动监测

总磷实验室手工分析和在线自动监测数据比对分析

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江苏科技信息 2024年第2期41卷 132-136页

作者：郭仁庆江苏省环境监测中心江苏南京210019

近年来,江苏省水体中总磷浓度出现超标现象,经统计,2019年省内有179个断面,国考站点96个、省考站点59个、入海河流站点24个,对这些水体中的总磷浓度进行监测,现有的监测方法主要为手工监测和自动监测,监测发现,受水样浊度、预处理方法... 详细信息

近年来,江苏省水体中总磷浓度出现超标现象,经统计,2019年省内有179个断面,国考站点96个、省考站点59个、入海河流站点24个,对这些水体中的总磷浓度进行监测,现有的监测方法主要为手工监测和自动监测,监测发现,受水样浊度、预处理方法等许多因素的影响,手工监测数据与自动监测数据的总磷浓度结果存在差异,文章对手工监测和自动监测总磷浓度的结果进行了比对分析。

关键词：手工监测自动监测总磷浊度预处理

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长江下游某断面总磷溯源研究

青海环境 2024年第1期34卷 20-27页

作者：王恩强聚光科技(杭州)股份有限公司浙江杭州311300

为了研究某考核断面总磷污染情况,在其所在的干流及汇入支流共确定了29个采样点,采用无人机采样和人工采样结合的方式进行采样,监测总磷和溶解态总磷浓度,并估算年输入通量。通过三维荧光等手段进行水污染溯源,结果表明D3断面总磷浓度最... 详细信息

为了研究某考核断面总磷污染情况,在其所在的干流及汇入支流共确定了29个采样点,采用无人机采样和人工采样结合的方式进行采样,监测总磷和溶解态总磷浓度,并估算年输入通量。通过三维荧光等手段进行水污染溯源,结果表明D3断面总磷浓度最高,达到Ⅲ类水,上游来水主要影响D3断面溶解态总磷浓度,而本地颗粒态总磷的上升是导致近期D3断面总磷超标的最直接原因。

关键词：总磷溶解态总磷断面监测三维荧光溯源