Многопараметрический мониторинг качества воды в процессах очистки сточных вод на основе многоисточниковой спектроскопии и однопараметрического анализа
Измерены концентрации химического потребления кислорода (ХПК), нитратов, аммонийного азота, общего азота (ОА) и общего фосфора (ОФ) на основных этапах очистки городских сточных вод с использованием комбинированной спектральной методики, объединяющей трехмерную флуоресцентную спектроскопию и спектроскопию поглощения в УФ-видимой области, в сочетании с методом выбора однопараметрических признаков. Трехмерные флуоресцентные спектры (спектры возбуждения-излучения матрицы, EEM) и спектры поглощения в УФ-видимой области образцов воды получены на входе, в анаэробном резервуаре, аноксическом резервуаре, аэробном резервуаре, биохимическом резервуаре, вторичном отстойнике, высокоэффективном отстойнике, фильтре и на выходе из очистных сооружений. К исходным спектрам (необработанным трехмерным спектрам флуоресценции и необработанным спектрам поглощения УФ-видимого диапазона) применены методы предварительной обработки, в том числе стандартная нормализованная вариация (SNV), полная нормализация (Total), максимальная нормализация (Max) и нормализация min-max (Max-Min). С учетом различной реакции параметров качества воды на спектры флуоресценции и поглощения использованы множественные методы отбора признаков: конкурентная адаптивная перевзвешенная выборка (CARS), случайная лягушка (RF), исключение неинформативных переменных (UVE) и алгоритм последовательных проекций (SPA), для извлечения характерных длин волн флуоресценции и поглощения для каждого параметра качества воды. Показано, что предварительная обработка спектров на основе SNV и метод извлечения характерных длин волн на основе CARS дают наилучшие результаты многопараметрического прогнозирования качества воды в ключевых процессах очистных сооружений. Коэффициенты детерминации (R2) между прогнозируемыми и фактическими значениями ХПК, нитратов, аммонийного азота, общего азота и общего фосфора превышают 0.95. Метод может служить теоретическим руководством для быстрой диагностики эксплуатационной стабильности очистных сооружений.
