一種吸收光譜法表征景觀水體表觀污染的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種吸收光譜法表征景觀水體表觀污染的方法，本方法用濾膜抽濾去除非溶解性污染物后，然后采用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)對(duì)景觀水體吸收光譜曲線(xiàn)進(jìn)行掃描，通過(guò)抽濾前后水樣在可見(jiàn)光區(qū)吸收光譜曲線(xiàn)面積差值表征不同表觀污染程度的水樣。本發(fā)明既能準(zhǔn)確、客觀地對(duì)水體表觀污染程度做出評(píng)價(jià)，為城市水體水質(zhì)修復(fù)和示范工程的效果提供有利依據(jù)，也可用于記載水體表觀的變化過(guò)程，對(duì)于將來(lái)城市的規(guī)劃管理和黑臭及藍(lán)藻等極端現(xiàn)象的預(yù)警研究具有重要的價(jià)值。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種吸收光譜法表征景觀水體表觀污染的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種吸收光譜法表征景觀水體表觀污染的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)工業(yè)化和城市化步伐的加快，城市景觀水體污染現(xiàn)狀日益嚴(yán)峻。近年來(lái)不斷爆發(fā)藍(lán)藻事件、黑臭現(xiàn)象等，水體的功能和作用逐漸轉(zhuǎn)化為景觀用途，良好的感官是作為景觀用途的城市水體的基本要求。所謂表觀污染即污染物進(jìn)入水體后引起人們感官不悅的現(xiàn)象，如水體呈現(xiàn)異樣的顏色，如土黃色、褐色、黑色等；水體渾濁程度增加、透明度下降
坐寸。
[0003]我國(guó)針對(duì)景觀水體的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)目前僅有《城市污水再生利用——景觀環(huán)境用水水質(zhì)(GB/T 18921-2002)》和《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 3838-2002)》，只能用于判別水體是否達(dá)到景觀用水的標(biāo)準(zhǔn)，并不能對(duì)水體的表觀污染程度進(jìn)行區(qū)分，尤其是對(duì)于污染狀況較為嚴(yán)峻，長(zhǎng)期處于IV類(lèi)、V類(lèi)水的景觀水體，現(xiàn)存標(biāo)準(zhǔn)無(wú)法直接評(píng)判水體表觀現(xiàn)狀和各種修復(fù)治理后的優(yōu)化效果。目前城市景觀水體表觀污染評(píng)價(jià)主要采用水質(zhì)評(píng)價(jià)法，常用的有污染指數(shù)法、多元分析法、模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)法、水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法等。該類(lèi)方法均是通過(guò)物理化學(xué)指標(biāo)對(duì)水體進(jìn)行水質(zhì)等級(jí)的評(píng)判，對(duì)于長(zhǎng)期處于V類(lèi)和IV類(lèi)水的景觀水體的區(qū)分度較差，不能夠單獨(dú)、全面、準(zhǔn)確地對(duì)水體表觀進(jìn)行評(píng)價(jià)。
[0004]近年來(lái)對(duì)于表觀污染的研究主要集中在色度、濁度的測(cè)量和黑臭現(xiàn)象的研究，對(duì)于水體總體感官的研究甚少。保金花研究出一種基于水質(zhì)指標(biāo)的評(píng)價(jià)方法，其評(píng)價(jià)結(jié)果能夠反映水體的感官性狀，但是操作較為繁瑣，而且有一定的局限性。李鵬章等基于紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)對(duì)城市景觀水體表觀污染進(jìn)行了相應(yīng)的表征研究，其采用190-1100nm范圍內(nèi)抽濾前后水樣面積對(duì)水體表觀污染程度進(jìn)行定性分析，結(jié)果表明總面積隨水體表觀惡化而逐漸變大，水體的感官等級(jí)可以由曲線(xiàn)間隔面積得以區(qū)分，但是面積重合率較大。因此，本發(fā)明提出一種全新的針對(duì)城市景觀水體表觀污染的表征方法。該方法即可用于表征城市水體復(fù)合污染的變化進(jìn)程，進(jìn)而詮釋表觀污染發(fā)生的宏觀機(jī)制和演化過(guò)程；又可以用于評(píng)估城市水體改善和修復(fù)工程后的實(shí)施效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于提供一種吸收光譜法表征景觀水體表觀污染的方法，其用于記載景觀水體表觀污染變化過(guò)程，同時(shí)可用于評(píng)估水體修復(fù)和改善工程后的效果。
[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的這些問(wèn)題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:一種吸收光譜法表征景觀水體表觀污染的方法，包括如下步驟:(1)現(xiàn)場(chǎng)取樣并記錄水體顏色；采用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)掃描原水樣的吸收光譜曲線(xiàn)，再計(jì)算可見(jiàn)光區(qū)掃描曲線(xiàn)面積；(2)通過(guò)濾膜將水樣過(guò)濾，采用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)掃描抽濾后水樣的吸收光譜曲線(xiàn)，再計(jì)算可見(jiàn)光區(qū)掃描曲線(xiàn)面積；(3)采用色系修正系數(shù)和濁度修正系數(shù)對(duì)可見(jiàn)光區(qū)掃描曲線(xiàn)面積進(jìn)行修正，優(yōu)化掃描曲線(xiàn)面積與表觀污染程度的響應(yīng)關(guān)系；(4)根據(jù)水體表觀污染差異和SPI值確定表觀污染分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，即可對(duì)水體表觀污染進(jìn)行表征及評(píng)價(jià)。
[0007]基于對(duì)城市水體表觀污染的基本認(rèn)識(shí)，非溶解性污染物是造成城市水體表觀污染的主要因素，且隨著非溶解性污染物濃度增加表觀污染的程度加重。根據(jù)吸光度加和性，在波長(zhǎng)λ處，溶液總吸光度等于各組分吸光度之和，故原水吸收光譜曲線(xiàn)可以反映水體中所有物質(zhì)的吸光特性。經(jīng)過(guò)0.22 μ m濾膜抽濾后水樣掃描曲線(xiàn)僅反映溶解性污染物的吸光特性。因此通過(guò)水樣抽濾前后掃描曲線(xiàn)的面積差值可以反映水樣中各種懸浮、膠體等非溶解性物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸光特性，進(jìn)而根據(jù)該部分物質(zhì)的濃度表征水體表觀污染狀況
作為優(yōu)化，所述濾膜為0.22 μ m的混合纖維濾膜。
[0008]進(jìn)一步，可見(jiàn)光區(qū)掃描曲線(xiàn)面積采用微分法計(jì)算，將整個(gè)可見(jiàn)光波長(zhǎng)段視為若干個(gè)微元dx，每個(gè)積分區(qū)間近似為矩形，其中寬為dx，長(zhǎng)為AAi，則所有矩形的面積總和即為所求間隔面積，即-如。其中，可見(jiàn)光波長(zhǎng)段為38(T780nm。
[0009]作為優(yōu)化，所采用的紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)采用10cm的比色皿。
[0010]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中的方案，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
1.本發(fā)明所描述一種吸收光譜法表征景觀水體表觀污染的方法，針對(duì)城市景觀水體表觀污染評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及方法不足的現(xiàn)狀，提出了采用吸收光譜掃描曲線(xiàn)面積對(duì)水體表觀污染程度進(jìn)行表征和評(píng)價(jià)的方法；通過(guò)測(cè)量水的自身特征，以能適應(yīng)表達(dá)主觀感受的層級(jí)和數(shù)值指標(biāo)來(lái)表達(dá)水體的表觀污染程度。
[0011]2.本發(fā)明的方法既能準(zhǔn)確、客觀地對(duì)水體表觀污染程度做出評(píng)價(jià)，為城市水體水質(zhì)修復(fù)和示范工程的效果提供有利依據(jù)，也可用于記載水體表觀的變化過(guò)程，對(duì)于將來(lái)城市的規(guī)劃管理和黑臭及藍(lán)藻等極端現(xiàn)象的預(yù)警研究具有重要的價(jià)值。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
圖1為本發(fā)明實(shí)施例一中原水樣的吸收光譜曲線(xiàn)；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例一中可見(jiàn)光區(qū)掃描曲線(xiàn)面積及計(jì)算方法示意圖；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例一中經(jīng)過(guò)顏色系數(shù)修正后的掃描曲線(xiàn)面積與表觀污染等級(jí)關(guān)系
圖；
圖4為本發(fā)明實(shí)施例一中表觀污染指數(shù)方程及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系示意圖；
圖5為本發(fā)明實(shí)施例一中表觀污染分級(jí)判定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照表；
圖6為本發(fā)明實(shí)施例一中不同色系的色系修正系數(shù)和濁度修正系數(shù)對(duì)照表。
【具體實(shí)施方式】
[0013]以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)上述方案做進(jìn)一步說(shuō)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例是用于說(shuō)明本發(fā)明而不限于限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中采用的實(shí)施條件可以根據(jù)具體廠家的條件做進(jìn)一步調(diào)整，未注明的實(shí)施條件通常為常規(guī)實(shí)驗(yàn)中的條件。
[0014]實(shí)施例一:
本實(shí)施例所描述的一種吸收光譜法表征景觀水體表觀污染的方法，用濾膜抽濾去除非溶解性污染物后，然后采用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)對(duì)景觀水體吸收光譜曲線(xiàn)進(jìn)行掃描，通過(guò)抽濾前后水樣在可見(jiàn)光區(qū)吸收光譜曲線(xiàn)面積差值表征不同表觀污染程度的水樣，具體包括以下步驟:
步驟一:現(xiàn)場(chǎng)取樣并記錄水體顏色；
根據(jù)水體顏色及渾濁程度對(duì)水體表觀污染程度進(jìn)行劃分，共分為優(yōu)秀、良好、一般、較差、差五個(gè)等級(jí)，其中水體顏色主要分為正常的綠色、黃綠色、深綠色、黃色；受到污染后呈現(xiàn)的棕綠色、灰綠色、鮮綠色和乳白色及嚴(yán)重污染后呈現(xiàn)的褐色、灰黑色、灰白色、黑色等顏色，渾濁程度主要分為清澈、微渾濁、渾濁和重渾濁四級(jí)。具體劃分標(biāo)準(zhǔn)如圖5所示。
[0015]步驟二:通過(guò)0.22 μ m混合纖維濾膜將水樣過(guò)濾，采用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)(10cm比色皿)掃描原水及抽濾后水樣吸收光譜曲線(xiàn)，并根據(jù)圖2計(jì)算可見(jiàn)光區(qū)掃描曲線(xiàn)面積；
根據(jù)吸光度加和性，在波長(zhǎng)λ處，溶液總吸光度等于各組分吸光度之和，故原水樣吸收光譜曲線(xiàn)(以波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)作圖，如圖1)可以反映水體中所有物質(zhì)的吸光特性。經(jīng)過(guò)0.22 μ m濾膜抽濾后水樣掃描曲線(xiàn)僅反映溶解性污染物的吸光特性。因此通過(guò)水樣抽濾前后掃描曲線(xiàn)的面積差值可以反映水樣中各種懸浮、膠體等非溶解性物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸光特性，進(jìn)而根據(jù)該部分物質(zhì)的濃度表征水體表觀污染狀況，掃描曲線(xiàn)面積示意如圖2，其中基準(zhǔn)液即為抽濾后水樣。
[0016]掃描曲線(xiàn)面積采用微分法計(jì)算，將整個(gè)可見(jiàn)光波長(zhǎng)段視為若干個(gè)微元dx，每個(gè)積分區(qū)間近似為矩形，其中寬為dx，長(zhǎng)為AAi，則所有矩形的面積總和即為所求間隔面積，SP1.1Ai dr,且面積單位為nm。為了計(jì)算方便,實(shí)驗(yàn)中dx選擇為5nm, Δ Ai為原水相鄰波長(zhǎng)吸光度的平均值與基準(zhǔn)液相同波長(zhǎng)下吸光度平均值的差值，如計(jì)算380-385nm區(qū)間內(nèi)吸光度差值時(shí) Λ Ai= (A380+A385) /2- (B380+B385) /2，其中 A380 表示原水 380nm 處吸光度；B380表示基準(zhǔn)液380nm處吸光度。
[0017]步驟三:采用色系修正系數(shù)和濁度修正系數(shù)對(duì)可見(jiàn)光區(qū)掃描曲線(xiàn)面積進(jìn)行修正，優(yōu)化掃描曲線(xiàn)面積與表觀污染程度的響應(yīng)關(guān)系；
由于現(xiàn)場(chǎng)評(píng)級(jí)時(shí)以顏色為主要判別因子，濁度是次要因子，即顏色決定了該水體的表觀污染狀況，但在掃描曲線(xiàn)面積中顏色影響所占比例較小，濁度占的比重較大，因此通過(guò)對(duì)色系和濁度的修正后優(yōu)化掃描曲線(xiàn)面積與表觀污染程度的響應(yīng)關(guān)系。本實(shí)施例確定顏色修正系數(shù)和濁度修正系數(shù)見(jiàn)圖6所示對(duì)照表，經(jīng)過(guò)顏色系數(shù)修正后，顏色修正后掃描曲線(xiàn)面積與表觀污染等級(jí)的關(guān)系如圖3，不同表觀污染程度水樣基本可以區(qū)分，通過(guò)指數(shù)擬合，相關(guān)性達(dá)到0.91，其中修正后面積大于250為差、110-250范圍內(nèi)為較差、45-110范圍內(nèi)為一般、15-45范圍內(nèi)為良好、小于15為優(yōu)秀。
[0018]步驟四:根據(jù)水體表觀污染差異和SPI值確定表觀污染分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)記載的顏色所屬色系賦以不同的色系修正系數(shù)和濁度修正系數(shù)后，不同表觀等級(jí)水樣掃描曲線(xiàn)面積具有較好的區(qū)分度，重合率降低，以此為基礎(chǔ)引入表觀污染指數(shù)(SPI Sensation Pollution Index)對(duì)水體表觀污染程度進(jìn)行評(píng)判，SPI值越大，水體表觀污染越嚴(yán)重。以廣域采樣所得表觀差異明顯的水樣數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，參照主觀評(píng)價(jià)等級(jí)進(jìn)行回歸分析得到表觀污染指數(shù)表達(dá)為SPI=a.1η(χ) - b，其中SPI為表觀污染指數(shù)，x表示經(jīng)顏色修正后面積，x=色系修正系數(shù)*掃描曲線(xiàn)面積+濁度修正系數(shù)*濁度，a和b為系數(shù)可以視情況進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)水體表觀污染差異和SPI值確定表觀污染分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
[0019]不同表觀污染程度水樣面積擬合方程y=21.16*e0.013x的反函數(shù)為y=76.9211nx-264.6154，取整后為y=771nx_265，其中x表示水樣掃描曲線(xiàn)面積經(jīng)色系修正和濁度修正后的最終修正掃描曲線(xiàn)面積，y為表觀污染指數(shù)(SPI)，通過(guò)不同表觀對(duì)應(yīng)的最終修正面積區(qū)間計(jì)算得出SPI區(qū)間；為了應(yīng)用方便，減少負(fù)值對(duì)操作的不便影響，將y=771nx-265改編成SPI=771nx_215 ;則SPI區(qū)間整體上移并將SPI值取整，結(jié)果如圖4所示。根據(jù)表觀污染指數(shù)所屬等級(jí)對(duì)水體表觀污染進(jìn)行表征及評(píng)價(jià)。
[0020]上述實(shí)例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人是能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所做的等效變換或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種吸收光譜法表征景觀水體表觀污染的方法，其特征在于，包括如下步驟:(1)現(xiàn)場(chǎng)取樣并記錄水體顏色；采用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)掃描原水樣的吸收光譜曲線(xiàn)，再計(jì)算可見(jiàn)光區(qū)掃描曲線(xiàn)面積；(2)通過(guò)濾膜將水樣過(guò)濾，采用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)掃描抽濾后水樣的吸收光譜曲線(xiàn)，再計(jì)算可見(jiàn)光區(qū)掃描曲線(xiàn)面積；(3)采用色系修正系數(shù)和濁度修正系數(shù)對(duì)可見(jiàn)光區(qū)掃描曲線(xiàn)面積進(jìn)行修正，優(yōu)化掃描曲線(xiàn)面積與表觀污染程度的響應(yīng)關(guān)系；(4)根據(jù)水體表觀污染差異和SPI值確定表觀污染分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)水體表觀污染進(jìn)行表征及評(píng)價(jià)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種吸收光譜法表征景觀水體表觀污染的方法，其特征在于:所述濾膜為0.22微米的混合纖維濾膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種吸收光譜法表征景觀水體表觀污染的方法，其特征在于:可見(jiàn)光區(qū)掃描曲線(xiàn)面積采用微分法計(jì)算。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種吸收光譜法表征景觀水體表觀污染的方法，其特征在于:可見(jiàn)光波長(zhǎng)段為38(T780nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種吸收光譜法表征景觀水體表觀污染的方法，其特征在于:紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)采用10cm的比色皿。
【文檔編號(hào)】G01N21/33GK103674869SQ201310743562
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】潘楊, 黃勇, 陳鳴, 申杰 申請(qǐng)人:蘇州科技學(xué)院