随着我国经济的发展,城市化程度的提高,城市人口不断聚集,城市规模规模迅速增大,由城市居民日常生产生活产生的城市生活污水总量也急剧增加,城市的生活用水产生的水污染日益成为城市环境主要的污染来源之一。针对日益增加的城市生活污水,新建城市生活污水处理厂成为了主要解决途径。据相关的资料表明:二十一世纪以来中国的污水处理厂数量呈现大幅度增长态势,各个城市拥有的的污水处理厂数量也越来越多,截止至2019年6月底,我国建成的城市生活污水处理厂的数量接近5000多座,日处理能力达到接近2.1亿立方米。不断增加污水处理厂也对污水处理厂的水质监控提出了更高的要求。对于城市生活污水处理厂能否有效的监测污水处理过程中的水质状况,是决定处理流程能否合理有效的处理污水,控制污水处理过程中对物料投送和评价处理效果的重要依据,更决定了处理后污水是否产生二次污染的关键。鉴于污水处理系统的时变性、时滞性、扰动性以及非线性等特征,传统的检测控制方式(基于化学需氧量、生物需氧量、总磷、总氮等常规指标的检测)难以及时准确地反应处理流程各物料平衡和控制效果,使用光学监控污水处理流程成为本领域人们研究的重点。本研究基于三维荧光光谱法结合不同的光谱分析方法对合肥某城市污水处理各流程进行研究分析。针对合肥某处理厂在接近一年时间内的污水各流程水质状况进行检测取,采用不同的方法分析污水处理厂各流程的光谱信息,建立评价污水处理效果和能力的指标。通过污水处理各流程水体的三维荧光光谱,分析污水处理厂各污水处理工艺流程下的光谱信息变化规律,并结合聚类分析、主成分分析和区域积分的方法,对数据进行处理,利用处理过后的组分信息去表征水体中物质的变化。建立了与水体常规指标相关联的荧光参数,利用该荧光参数去表征水体的污染状态。主要研究内容如下:(1)城市生活污水水体的三维荧光光谱主要荧光物质由溶解性有机物主要由芳香性蛋白类物质、微生物代谢类产物、腐殖酸类物质、富里酸酸类物质等构成,各物质荧光峰位置较为稳定。在污水处理各流程中,芳香性蛋白类物质、微生物代谢类产物降解明显,而腐殖酸类物质、富里酸酸类物质变化较小。(2)通过分析污水处理各流程的荧光光谱、蛋白类物质、腐殖酸类物质标准溶液光谱可知,生活污水中蛋白类物质的浓度一般在0.2mg/L以下,而腐殖酸类物质浓度一般在1mg/L左右。(3)污水处理厂各流程污水的相关荧光参数在各个季节呈现不同的变化规律,说明各流程水体中溶解性有机物的来源不同、降解速率不同、腐殖化程度不同,其中进厂污水的溶解性有机物主要来源于外源,而其他流程内源因素占据主导、厌氧池、缺氧池和好氧池明显生物活性较高、污水处理各流程腐殖化程度不断上升。通过分析污水相关荧光参数,建立了污水处理过程水质荧光参数监测指标。(4)城市生活污水的三维荧光光谱进行算法研究,其中聚类算法可以实现对水样进行分类,排查异常样本信息,实现未知流程的水质样本进行预测。区域积分法可以得到与水质常规指标较好的相关性,其中水体类蛋白质区域积分值和微生物代谢产物的区域积分值之和与COD相关系数可以达到78%。芳香性类蛋白和微生物代谢产物区域积分值之和与腐殖酸类和富里酸类物质区域积分值之和的比值与TN相关性达到了74%。(5)通过将主成分分析与区域积分法进行结合,提出了一种新的光谱分析方法—区域主成分分析法。经研究发现,通过对污水各处理流程水样的区域主成分分析,得到的相关水质荧光参数与水体COD、TN的相关系数可以达到97.63%、94.02%。验证了方法的可行性,改良了光谱的分析方法,提高了分析的准确度。通过长时间的数据积累,建立了污水水体相关荧光监测指标。由研究表明,三维荧光光谱信息可以很好的表征污水处理各处理工艺的物质变化信息,利用水质本身的荧光参数与化学计量法结合,对污水的处理效果进行定性分析,定量评价,实现对城市主要生活污水处理厂的监测分析。