王彥青

摘? ?要：針對(duì)目前我國(guó)水污染情況越來(lái)越嚴(yán)重的現(xiàn)象，為此，提出了基于三維熒光光譜法的水污染檢測(cè)方法研究。利用三維熒光光譜法，進(jìn)行熒光區(qū)域預(yù)處理、水樣特征提取，并以交替三線性化分解方法作為理論基礎(chǔ)，完成水樣檢測(cè)光譜模型構(gòu)建，通過(guò)上述三個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)污水處理中的水污染檢測(cè)。之后通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方法，對(duì)比了三維熒光光譜檢測(cè)方法與傳統(tǒng)方法針對(duì)同一污水檢測(cè)結(jié)果的正確率，三維熒光光譜檢測(cè)方法檢測(cè)正確率明顯高于傳統(tǒng)方法，驗(yàn)證了該方法的有效性。

關(guān)鍵詞：三維熒光光譜法? 水污染檢測(cè)? 光譜模型? 水樣特征

中圖分類號(hào)：TU991.21? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2020）06（b）-0122-02

針對(duì)目前水污染治理的研究成果來(lái)看，要想治理好已污染的水資源其首要工作就是精確檢測(cè)污水中的污染物類型，從而進(jìn)行針對(duì)性的污染處理工作。水污染可根據(jù)污染源不同，分為礦山污染、農(nóng)業(yè)污染、工業(yè)污染、生活污染四類。礦山污染中包含了開(kāi)礦過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵。淋濾水等，甚至還有放射性物質(zhì);農(nóng)業(yè)污染中包含了牲畜糞便、農(nóng)藥化肥等物質(zhì)，容易造成水體富營(yíng)養(yǎng)化;工業(yè)污染中最嚴(yán)重的就是工廠排污水，工業(yè)廢水流進(jìn)河流，危害極大;生活污染包括各種生活污水，廚余垃圾、洗滌污水、糞便等等，生活污水的特點(diǎn)是含氮磷多，易滋生致病細(xì)菌。本文引進(jìn)了新型三維熒光光譜法，來(lái)輔助水資源的污染檢測(cè)工作。傳統(tǒng)的水資源檢測(cè)工作是通過(guò)二維熒光光譜分析法來(lái)得到的水資源檢測(cè)報(bào)告[1]。目前我國(guó)工業(yè)化水平加劇，大量的工業(yè)廢棄物投放入水中造成了水資源的污染類型也是千變?nèi)f化，所以僅僅依靠的二維光譜檢測(cè)結(jié)果已經(jīng)不足以完整檢測(cè)出水資源的污染物類型[2]?；诖耍疚膶⑷S熒光光譜法引入水污染的檢測(cè)工作中，來(lái)提高水污染檢測(cè)的精確度。

1? 基于三維熒光光譜法的水污染檢測(cè)方法

1.1 熒光發(fā)光原理

物質(zhì)分子內(nèi)能級(jí)結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不斷，當(dāng)分子處于基態(tài)時(shí)，會(huì)因吸收到輻射能量而產(chǎn)生能級(jí)躍遷，從而由基態(tài)轉(zhuǎn)化為激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)的電子一般難以保持穩(wěn)定狀態(tài)，會(huì)通過(guò)輻射躍遷或非輻射躍遷等形式回到基態(tài)中，而輻射方式多是放出熒光或磷光。

1.2 熒光區(qū)域預(yù)處理

將三維熒光光譜法應(yīng)用到檢測(cè)污水的檢測(cè)工作中，由于三維熒光區(qū)域自身具有容易受到干擾而降低其模型穩(wěn)定性的現(xiàn)象，所以在檢測(cè)過(guò)程中要進(jìn)行首要任務(wù)為三維熒光區(qū)域的預(yù)處理工作，其工作流程為：第一步為在三維熒光區(qū)域內(nèi)選擇適宜的位置作為繪制三維光譜模型的原始位置，以保證其不影響熒光的接受效果。第二步為針對(duì)三維熒光光譜進(jìn)行散射預(yù)處理，所謂散射預(yù)處理分為瑞利散射預(yù)處理和拉曼散射預(yù)處理以及帶有丁達(dá)爾效應(yīng)的膠粒散射預(yù)處理三個(gè)類型;這些散射預(yù)處理的波長(zhǎng)可以提高三維熒光光譜的檢測(cè)靈敏度，并且有利于之后三線性模型的建立，從而提高水資源檢測(cè)的工作效率。最后一步為平滑處理三維熒光區(qū)域內(nèi)的噪聲，其主要的平滑方法可分為均值、中值、多項(xiàng)式三種類型。經(jīng)過(guò)了平滑處理的三維熒光區(qū)域不僅可以對(duì)信噪比的提高有幫助，還能較好的保留信號(hào)中原有的有效信息，保證了該區(qū)域內(nèi)所建光譜模型的可靠性。

1.3 水樣特征提取

在對(duì)構(gòu)建三維光譜的熒光區(qū)域進(jìn)行了預(yù)處理之后，就到了水污染檢測(cè)的水樣特征提取工作中，其工作的主要內(nèi)容為：其一，選取每一個(gè)三維熒光光譜區(qū)域的合理位置構(gòu)建向量并拉直為行向量;其二，將每一個(gè)行向量中均放置一個(gè)待檢測(cè)的水樣;其三，進(jìn)行污水樣的特征提取環(huán)節(jié)，將行向量繪制成一個(gè)關(guān)于水樣特征的矩陣自邊框;其四，利用繪制出的矩形自邊框進(jìn)行水樣處理結(jié)果的三維化表現(xiàn)形式，作為三維光譜構(gòu)建的原始數(shù)據(jù)。

1.4 水樣檢測(cè)光譜模型

針對(duì)水污染檢測(cè)的三維熒光光譜模型的繪制是利用交替三線性化分解方法為理論[3]，而得到的光譜模型所需要的基本空間直角坐標(biāo)系信息，為了提高檢測(cè)的效率，使檢測(cè)過(guò)程更方便，將實(shí)用一種基于交替殘差三線性化的三維熒光光譜特征提取方法，可以在不預(yù)先設(shè)定因子數(shù)的情況下進(jìn)行光譜矩陣的分解來(lái)完成三維熒光光譜的矩陣?yán)L制工作，其應(yīng)用到的如下所示。

式中：R為三維熒光光譜;n為污水中所含有害物質(zhì)的編號(hào);E為與R對(duì)應(yīng)的殘差矩陣;xn為每種污染物對(duì)應(yīng)三維光譜的橫坐標(biāo)值;yn為每種污染物對(duì)應(yīng)三維光譜的縱坐標(biāo)值;zn為每種污染物對(duì)應(yīng)三維光譜的空間坐標(biāo)值。在運(yùn)算得到三維熒光光譜矩陣之后，可以將測(cè)試樣本投影到訓(xùn)練樣本的特征熒光峰波段，根據(jù)式得到測(cè)試樣本的相對(duì)濃度矩陣，作為待測(cè)樣本的三維熒光光譜特征。最后判斷待測(cè)樣本的三維熒光光譜中是否存在與訓(xùn)練樣本相同的特征峰，進(jìn)而得到合理的水樣檢測(cè)光譜模型。

2? 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

本實(shí)驗(yàn)首先把一定量將苯酚、對(duì)苯二酚和間苯二酚三種混合物有害物質(zhì)放入同一容器內(nèi)，再將容器內(nèi)注滿水制成有害污水，作為實(shí)驗(yàn)的原材料;利用新型水污染監(jiān)測(cè)方法和傳統(tǒng)方法同時(shí)針對(duì)污水進(jìn)行檢測(cè);之后對(duì)比兩種方法檢驗(yàn)結(jié)果的正確率，來(lái)判定設(shè)計(jì)方法的有效性。

2.2 結(jié)果分析

以下為兩種方法得到的檢測(cè)結(jié)果對(duì)此情況：

根據(jù)表1中信息可知，新型水污染檢測(cè)方法針對(duì)污水的有害物質(zhì)檢測(cè)正確率平均值可達(dá)到86.3%，而傳統(tǒng)檢測(cè)正確率的平均值為78.0%;因此驗(yàn)證了新型方法的有效性，應(yīng)當(dāng)盡快投入檢測(cè)實(shí)際工作中。

3? 結(jié)語(yǔ)

目前由于我國(guó)工業(yè)產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，針對(duì)水環(huán)境污染的現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重，如今已經(jīng)干擾到城市居民的日常生活中。當(dāng)下，我國(guó)由于飲用水衛(wèi)生不達(dá)標(biāo)而引起的疾病在所有疾病中占據(jù)了約75%的比例，其中我國(guó)的華北地區(qū)，由于其經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)且人口密度大，該類疾病所占比例甚至達(dá)到了85%以上。水污染同時(shí)也是加快水資源枯竭的主要原因之一，因此，針對(duì)水污染防治工作迫在眉睫且具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。為了保證城市居民基本生活用水的安全問(wèn)題，必須加強(qiáng)針對(duì)水資源污染的檢測(cè)和防御工作。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙新峰，張欣蕊. 雄安新區(qū)水污染治理中的政策工具選擇研究——基于白洋淀流域政策文本（1984～2018）[J]. 中共寧波市委黨校學(xué)報(bào)，2019，41（5）：103-111.

[2] 曾祺雯.應(yīng)用重組發(fā)光細(xì)菌評(píng)價(jià)水中環(huán)境污染物毒性的研究進(jìn)展[J].中國(guó)資源綜合利用，2019，37（1）：97-101，108.

[3] 蔣兆峰，王先良，張偉，等.長(zhǎng)江鎮(zhèn)江段苯酚污染事件殘留物健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究[J].環(huán)境衛(wèi)生學(xué)雜志，2019，9（3）：227-234，241.