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三维荧光与紫外光谱联合表征样品中猝灭剂赋存状态:以胡敏酸与Fe(Ⅲ)相互作用为例

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光谱学与光谱分析 2017年第3期37卷 783-787页

作者：李卫华伍鲧姚亮黄显怀王佳琴申慧彦薛同站安徽建筑大学环境与能源工程学院安徽合肥230601 安徽建筑大学水污染控制与废水资源化安徽省重点实验室安徽合肥230601

利用三维荧光-紫外光谱表征了荧光猝灭剂的赋存状态,当样品体系中存在Fe(Ⅲ)的情况下,胡敏酸会发生荧光猝灭现象,而其紫外光谱基本不受影响。考察了胡敏酸荧光强度I值(Ex/Em=300 nm/510nm)和紫外吸光度A值(UV300)的变化,I/A比值越小,说... 详细信息

利用三维荧光-紫外光谱表征了荧光猝灭剂的赋存状态,当样品体系中存在Fe(Ⅲ)的情况下,胡敏酸会发生荧光猝灭现象,而其紫外光谱基本不受影响。考察了胡敏酸荧光强度I值(Ex/Em=300 nm/510nm)和紫外吸光度A值(UV300)的变化,I/A比值越小,说明水样中猝灭剂Fe(Ⅲ)浓度越高。当胡敏酸为10,15和20 mg·L^(-1)时,根据Stern-Volmer公式I/I_0=1-f_c×K_c×[c]/(1+K_c×[c])以及拟合函数I/A=f×[k/(CFe^(3+)+c)+b],拟合得到荧光猝灭常数K_c=1.08~1.15,比例系数f_c=1.10~1.14之间,胡敏酸荧光强度值与吸光度比值(I/A)及铁离子浓度(C_(Fe^(3+))相关曲线系数f=0.83~1.19,k=587.19~612.19,c=0.87~0.92,b=-87.09^-46.36,拟合曲线相关性R^2均为0.99。Stern-Volmer公式描述了Fe(Ⅲ)对胡敏酸荧光的猝灭作用,但实际样品测定时难以获得无猝灭剂时的荧光强度I_0。基于荧光强度I_0与紫外吸光度A之间的内在联系,两者比值I/A与Fe(Ⅲ)浓度c的拟合函数亦可以反映Fe(Ⅲ)对胡敏酸荧光的影响。利用拟合公式预测城市污水厂及纳污河流样品的树脂分离富集液中铁离子浓度,与电感耦合等离子体发射光谱仪实际测量值相比,铁离子浓度较高的情况下(铁离子浓度大于0.4 mg·L^(-1)时)预测结果较好,可以判断猝灭剂的存在及相应浓度。

关键词：胡敏酸铁离子荧光猝灭非线性拟合荧光光谱紫外光谱

主成分分析结合BP神经网络对短程生物脱氮中氮的近红外光谱研究（英文）

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光谱学与光谱分析 2016年第10期36卷 3399-3403页

作者：黄健黄珊张华黄显怀张勇陶勇唐玉朝王萌安徽建筑大学环境与能源工程学院安徽合肥230601 安徽建筑大学水污染控制与废水资源化安徽省重点实验室安徽合肥230601

为实现高效短程生物脱氮及氨氮和亚硝酸盐氮的快速检测,采用主成分分析结合BP神经网络的方法建立短程生物脱氮工艺中氨氮和亚硝酸盐氮的近红外光谱定量分析模型(BP神经网络模型)。工艺运行结果表明:原水经过好氧阶段氨氮从45.3mg·L-1... 详细信息

为实现高效短程生物脱氮及氨氮和亚硝酸盐氮的快速检测,采用主成分分析结合BP神经网络的方法建立短程生物脱氮工艺中氨氮和亚硝酸盐氮的近红外光谱定量分析模型(BP神经网络模型)。工艺运行结果表明:原水经过好氧阶段氨氮从45.3mg·L-1下降到2.7mg·L-1,亚硝酸盐氮从0.01mg·L-1上升到19.6mg·L-1,硝酸盐氮受到抑制;在缺氧段亚硝酸盐氮从19.6mg·L-1下降至1.2mg·L-1,系统实现了良好的短程生物脱氮效果。水样原始光谱主成分分析表明:前13个主成分代表了原始光谱数据的信息,其累计贡献率达到95.04%,排除了冗余信息且大大降低了模型的维数,光谱数据矩阵从192×2 203减少到192×13,大大降低了运算量并提高了模型的精度。BP神经网络模型校正结果显示:BP神经网络模型对氨氮、亚硝酸盐氮校正时的决定系数(R2)分别达到0.950 4和0.976 2,校正均方根误差(RMSECV)分别为0.016 6和0.010 9。BP神经网络模型预测结果显示:BP神经网络模型对氨氮、亚硝酸盐氮预测输出与期望输出之间的决定系数(R2)分别为0.974 0和0.981 4,预测均方根误差(RMSEP)分别为0.033 7和0.028 7,模型预测效果良好。研究表明,BP神经网络模型可以通过快速测定水样的近红外光谱数据预测短程生物脱氮工艺中氨氮和亚硝酸盐氮浓度,并根据氨氮和亚硝酸盐氮浓度变化及时、灵活地控制工艺的运行,为生物脱氮提供快速有效的检测技术和科学依据。

关键词：短程生物脱氮氨氮亚硝酸盐氮近红外光谱主成分分析神经网络

高效铜绿微囊藻溶藻菌WJ6的分离鉴定及溶藻特性

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中国环境科学 2018年第11期38卷 4269-4275页

作者：洪桂云马少雄王佳张瑾安徽建筑大学环境与能源工程学院安徽省水污染控制与废水资源化重点实验室安徽合肥230601

以铜绿微囊藻为研究对象,从富营养化水体分离了一株高效溶藻菌,通过分析形态学、生理生化特征及16SrDNA序列比对,鉴定了该溶藻菌株,分析了该菌株对铜绿微囊藻的溶藻方式、溶藻特性及其不同培养时期、不同浓度菌液及不同环境因子对溶藻... 详细信息

以铜绿微囊藻为研究对象,从富营养化水体分离了一株高效溶藻菌,通过分析形态学、生理生化特征及16SrDNA序列比对,鉴定了该溶藻菌株,分析了该菌株对铜绿微囊藻的溶藻方式、溶藻特性及其不同培养时期、不同浓度菌液及不同环境因子对溶藻效果的影响,并探讨了其可能的溶藻机制.研究表明:WJ6属于沙雷氏菌属(Serratia sp. GenBank登录号为KY462187);溶藻菌WJ6以胞外释放溶藻物质为主直接溶藻为辅的溶藻方式;溶藻菌WJ6处于对数期时的溶藻率最高达87.50%;菌液浓度达1.4×10~9CFU/mL以上,溶藻率最高为95.69%;在30℃、pH8条件下,溶藻率达90.00%;改良的基本培养基培养的溶藻菌溶藻率最高达98.50%;铵离子浓度大于2mol/L时,溶藻菌的溶藻率98.33%;当盐度为0.5%时,溶藻率较高为92.77%.溶藻菌株WJ6是1株高效溶铜绿微囊藻菌,在富营养化治理方面具有较好的应用前景.

关键词：溶藻菌分离鉴定铜绿微囊藻溶藻特性

基于改进偏最小二乘法的近红外快速分析强化生物除磷污泥胞内PHA

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中国环境科学 2016年第5期36卷 1426-1434页

作者：徐玲李卫华杨英严国兵帅磊赵庆安徽建筑大学环境与能源工程学院安徽合肥230601 安徽建筑大学水污染控制与废水资源化安徽省重点实验室安徽合肥230601

聚β羟基烷酸酯(PHA)是强化生物除磷系统中颗粒污泥胞内重要碳源和能源,其快速测定对强化生物除磷机理研究有重要意义.采用Savitzky-Golay平滑法(SG)-多元散射校正法(MSC)对污泥的近红外光谱进行预处理,通过改进的偏最小二乘法(i PLS、s... 详细信息

聚β羟基烷酸酯(PHA)是强化生物除磷系统中颗粒污泥胞内重要碳源和能源,其快速测定对强化生物除磷机理研究有重要意义.采用Savitzky-Golay平滑法(SG)-多元散射校正法(MSC)对污泥的近红外光谱进行预处理,通过改进的偏最小二乘法(i PLS、si PLS、bi PLS)建立污泥样品近红外光谱与PHA含量的定量分析模型.结果表明,SG-MSC预处理减弱噪声和背景等表面因素对光谱的影响,采用联合区间偏最小二乘法(si PLS)将全光谱等分为30个子区间,联合子区间[13 21 24 29]建立的模型预测效果最优,其交互验证均方根误差(RMSECV)和预测均方根误差(RMSEP)分别为0.2018和0.3120,校正集和预测集相关系数分别达到0.9925和0.9391,该光谱区段与PHA分子结构中C—H的伸缩变形、弯曲振动和C=O的伸缩振动密切相关.改进偏最小二乘有效地优化光谱建模区域,提高模型预测能力,实现污泥胞内PHA含量的快速定量分析.

关键词：强化生物除磷聚β羟基烷酸酯近红外光谱 Savitzky-Golay平滑法多元散射校正改进偏最小二乘法

基于间隔偏最小二乘法短程硝化反硝化中无机盐氮的近红外光谱

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中国环境科学 2015年第7期35卷 2014-2020页

作者：黄健黄珊张华黄显怀张勇王萌朱菁王宽安徽建筑大学环境与能源工程学院安徽合肥230601 安徽建筑大学水污染控制与废水资源化安徽省重点实验室安徽合肥230601

采用序批式活性污泥反应器（SBR）研究短程硝化反硝化系统中稳定条件下无机盐氮的变化规律,利用小波去噪法对无机盐氮的近红外光谱进行预处理,并用间隔偏最小二乘法（iPLS）建立无机盐氮含量的校正模型（iPLS模型）.结果表明：小波去噪... 详细信息

采用序批式活性污泥反应器（SBR）研究短程硝化反硝化系统中稳定条件下无机盐氮的变化规律,利用小波去噪法对无机盐氮的近红外光谱进行预处理,并用间隔偏最小二乘法（iPLS）建立无机盐氮含量的校正模型（iPLS模型）.结果表明：小波去噪法对原始光谱中的部分噪声进行滤除,从而提高了模型的精度.采用最小二乘法对预处理后的光谱进行建模,优选出最佳波长区间并将光谱划分为20个子区间,优选出的氨氮特征波数为8243~8663cm-1,亚硝酸盐氮特征波数为4000~4420cm-1.所建模型对氨氮、亚硝酸盐氮校正时的相关系数（rc）分别达到0.9582、0.9544,校正均方根误差（RMSECV）分别为0.0321、0.0406;预测时的相关系数（rp）分别为0.9184、0.8816,预测均方根误差（RMSEP）分别为0.0790、0.0451.采用实际污水为原水时校正模型对氨氮、亚硝酸盐氮预测的相关系数（rp′）分别为0.9190、0.8739,预测均方根误差（RMSEP′）分别为0.0578、0.0229.模型对氨氮和亚硝酸盐氮的预测总体效果较好.用小波去噪和最小二乘法建立模型不仅能有效减少建模所需变量数、缩短运算时间,而且模型预测精度较高,为无机盐氮的快速测定提供了一种可行的分析技术.

关键词：短程硝化反硝化氨氮亚硝酸盐近红外光谱 iPLS

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间歇曝气实现上覆水脱氮及氨氮的荧光法表征

中国环境科学 2015年第11期35卷 3275-3281页

作者：张华王宽黄显怀黄健张勇陶勇安徽建筑大学环境与能源工程学院安徽合肥230601 安徽建筑大学水污染控制与废水资源化安徽省重点实验室安徽合肥230601

为实现河流上覆水有效脱氮及快速表征氨氮的变化,采用间歇曝气研究二十埠河上覆水中氮的转化规律及去除效果,并结合三维荧光技术研究DOM(溶解性有机物)荧光强度与氨氮浓度的关系.工况运行结果表明:间歇曝气实现了上覆水的硝化反硝化脱氮... 详细信息

为实现河流上覆水有效脱氮及快速表征氨氮的变化,采用间歇曝气研究二十埠河上覆水中氮的转化规律及去除效果,并结合三维荧光技术研究DOM(溶解性有机物)荧光强度与氨氮浓度的关系.工况运行结果表明:间歇曝气实现了上覆水的硝化反硝化脱氮,氨氮在硝化阶段呈现明显下降趋势,在反硝化阶段则呈现明显上升趋势;硝酸盐氮和亚硝酸盐氮在硝化阶段呈现明显升高而在反硝化阶段呈现明显下降趋势,而总氮呈现一直下降趋势,随着DO(溶解氧)增加,氨氮和总氮去除效果均增加,当DO分别为3.5,4.5,5.5,6.5mg/L时,上覆水中总氮分别降为5.11,1.42,1.13,0.91mg/L,氨氮分别降为4.13,1.30,0.85,0.72mg/L;荧光强度变化表明:低激发波长类酪氨酸和类色氨酸荧光强度变化与氨氮变化均呈现相同趋势,在DO分别为3.5,4.5,5.5,6.5mg/L时,低激发波长类酪氨酸和类色氨酸荧光强度之和与氨氮具有良好的相关性,其相关系数分别为0.974、0.972、0.966、0.984;研究表明,可以通过上覆水中低激发波长类酪氨酸和类色氨酸的荧光强度快速预测氨氮浓度,并根据氨氮变化及时、灵活地控制间歇曝气工艺的运行,为受污染河流提供快速有效的治理技术和科学依据.

关键词：间歇曝气上覆水硝化-反硝化荧光强度氨氮

近红外光谱和极限学习机分析反硝化除磷中胞内聚合物

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中国环境科学 2017年第5期37卷 1823-1830页

作者：张华全桂军黄健黄显怀闫升刘沛然刘航田纪宇安徽建筑大学环境与能源工程学院安徽合肥230601 水污染控制与废水资源化安徽省重点实验室安徽合肥230601

为利用近红外光谱技术同时实现反硝化除磷工艺中胞内聚-β-羟基丁酸酯(PHB)、多聚磷酸盐(Poly-P)、糖原(Gly)含量的快速分析,采用多元散射校正预处理法和极限学习机算法建立PHB、Poly-P、Gly含量分析的校正模型(ELM模型).结果表明:多元... 详细信息

为利用近红外光谱技术同时实现反硝化除磷工艺中胞内聚-β-羟基丁酸酯(PHB)、多聚磷酸盐(Poly-P)、糖原(Gly)含量的快速分析,采用多元散射校正预处理法和极限学习机算法建立PHB、Poly-P、Gly含量分析的校正模型(ELM模型).结果表明:多元散射校正预处理法可以有效消除散射对原始近红外光谱数据的影响.采用极限学习机算法对预处理后的光谱数据建立PHB、Poly-P、Gly的定量分析模型,优选出的PHB、Poly-P、Gly的ELM模型主成分数分别为6、6、7,隐含层节点数分别为18、12、17.模型对PHB、Poly-P、Gly含量的校正相关系数(rc)分别为0.9835、0.9499、0.9589,校正均方根误差(RMSECV)分别为0.0541、0.0579、0.0489.模型对PHB、Poly-P、Gly含量的预测相关系数(rp)分别为0.9683、0.9288、0.9488,预测均方根误差(RMSEP)分别为0.0668、0.0776、0.0501,模型对PHB、Poly-P、Gly含量有较好的预测效果.用近红外光谱技术结合极限学习机算法建立ELM模型为反硝化除磷工艺中PHB、Poly-P、Gly的同时快速定量分析提供了较为简便的方法.

关键词：反硝化除磷聚-β-羟基丁酸酯多聚磷酸盐糖原近红外光谱极限学习机

3种N-DBPs对青海弧菌Q67的联合毒性作用及贡献度

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中国环境科学 2024年第5期44卷 2742-2753页

作者：桂一心张瑾张颖曾健平陈如荔安徽建筑大学环境与能源工程学院安徽合肥230601 安徽省水污染控制与废水资源化重点实验室安徽合肥230601

以3种含氮消毒副产物(N-DBPs)溴乙腈(BAN)、二溴乙腈(DBAN)和二氯乙酰胺(DCAM)为研究对象,运用直接均分和均匀设计射线法分别设计了3个二元混合物体系(BAN-DBAN、BAN-DCAM、DBAN-DCAM)和1个三元混合物体系(BAN-DBAN-DCAM),采用时间毒性... 详细信息

以3种含氮消毒副产物(N-DBPs)溴乙腈(BAN)、二溴乙腈(DBAN)和二氯乙酰胺(DCAM)为研究对象,运用直接均分和均匀设计射线法分别设计了3个二元混合物体系(BAN-DBAN、BAN-DCAM、DBAN-DCAM)和1个三元混合物体系(BAN-DBAN-DCAM),采用时间毒性微板分析法(t-MTA)系统测定3种N-DBPs及其混合物体系对青海弧菌(Q67)的毒性,应用浓度加和模型(CA)分析混合物的毒性相互作用,并采用剂量减小指数(DRI)来表征混合物中各个组分对毒性相互作用的贡献情况.结果表明,BAN、DBAN和DCAM对Q67的浓度效应曲线为“S”型,具有明显的急性毒性,长期毒性均高于急性毒性(BAN-pEC_(50)-0.25h=4.16DRI_(max,BAN)(=38.166)>DRI_(max,DCAM)(=2.658),故推测3种组分对协同作用的贡献度为:DCAM>DBAN>BAN.

关键词：含氮消毒副产物青海弧菌Q67 联合毒性相互作用剂量减小指数

反硝化除磷系统中PHB红外光谱解析及其与磷去除率的相关性

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环境科学研究 2015年第8期28卷 1274-1280页

作者：张华朱菁宋箭黄健张勇王宽黄珊安徽建筑大学环境与能源工程学院安徽合肥230601 安徽建筑大学水污染控制与废水资源化安徽省重点试验室安徽合肥230601

为快速、准确测定生物除磷系统中微生物细胞内w(PHB)(PHB为poly-β-hydroxy butyrate,聚-β-羟基丁酸酯)并及时预测PO43--P去除率,采用红外光谱法对微生物细胞内PHB的转化规律进行解析,并结合气相色谱法建立w(PHB)的快速测定模型,研究w(... 详细信息

为快速、准确测定生物除磷系统中微生物细胞内w(PHB)(PHB为poly-β-hydroxy butyrate,聚-β-羟基丁酸酯)并及时预测PO43--P去除率,采用红外光谱法对微生物细胞内PHB的转化规律进行解析,并结合气相色谱法建立w(PHB)的快速测定模型,研究w(PHB)减少量与PO43--P去除率的相关性.结果表明:反硝化除磷系统中微生物细胞内PHB的特征峰位于波数1 730cm-1处,PHB特征峰的吸光度与w(PHB)的增减趋势相同.采用PLS(partial least squares,偏最小二乘法)对反硝化除磷系统中微生物细胞内PHB特征峰吸光度与w(PHB)建立PLS模型,对w(PHB)的校正和预测时的相关系数(R2)分别达到0.963 0、0.951 4,其均方根误差分别为0.031 0、0.037 9.根据预测结果,进一步建立了反硝化除磷缺氧段w(PHB)减少量与PO43--P去除率的相关关系,相关系数为0.979 0.研究表明,利用PLS模型对反硝化除磷系统中PHB红外光谱解析能够快速、准确地表征反硝化除磷系统中微生物细胞内w(PHB)的变化,并能进一步预测PO43--P去除率.

关键词：反硝化除磷聚-β-羟基丁酸酯红外光谱气相色谱偏最小二乘法