[发明专利]一种基于FT-IR的生活污水膜污染情况的PCA-CA原位解析方法

说明书

本发明公开了一种基于FT‑IR的生活污水微滤/超滤处理膜污染情况的PCA‑CA原位解析方法，用于生活污水膜分离过程膜表面污染物识别和相互作用分析。该方法包括如下步骤：取得污水厂精细格栅后出水；确定超滤杯系统过滤时间和膜更换时间步长；将污水转移至超滤杯中，调整超滤杯系统内外部压力差为9KPa，恒压死端过滤，得到不同过滤时间滤膜；将不同时间滤膜进行红外光谱扫描，得到不同过滤时间的膜红外光谱图；将红外光谱图数据进行聚类分析，将膜污染过程划分为若干污染阶段；拾取红外光谱中蛋白质、多糖和腐殖酸的特征吸收峰；将拾取的若干吸收峰进行主成分分析，确定不同污染阶段主要污染成分及相互间作用关系。本发明提供的生活污水膜分离膜污染分析方法，实现了更加便捷、快速的膜污染识别。

技术领域

本发明涉及水处理膜分离技术膜污染分析领域，尤其是涉及一种微滤/超滤处理生活污水的膜污染情况分析方法。

背景技术

目前生产生活水资源需求量日益加大，水资源循环利用日趋重要，污水资源化成为趋势。高效分离水和有机物的膜技术能够浓缩污水碳源，然而膜污染严重，探究膜污染机理日趋重要。

污染物成分多样、机制复杂，传统膜污染机理分析多基于动力学实验，通常可分为在线和离线监测。在线监测方法依据跨膜压差和膜通量证实膜污染发生，缺乏对膜污染情况的解释，仅对膜污染的定期清理提供参考。离线监测方法使用了包含光谱分析和扫描电镜等方法，对膜进行微观表征，但不能实施监测，且面临膜损坏的风险。对于膜污染进一步的分析，离线检测较在线监测更全面，但仍有不足。

在传统生活污水处理工艺的运维工作中，分析了膜污染情况和机理，后续的膜清洗工作使用清洗剂和机械清洗装置，具有一定膜损坏的风险，且需要一定成本，故需要对膜污染情况和机理进行更加快速精确的原位解析。

目前国内尚无对生活污水的膜污染情况及机理的原位解析方法发明，故本发明将会填补该领域膜污染分析的空白。分析污水原水中不同污染物质对膜污染的综合贡献作用有利于精确控制膜污染，基于多个数据的主成分分析方法能够推断主成分中的关键污染物，聚类分析能够清晰划分膜污染积累阶段。

更具优势的是，本方法相比传统离线监测，对膜污染主要物质及形成机理的分析更加精确、高效和便捷，这有利于高效地分配和投入处理主要污染物的药剂使用及人力，能够进一步降低工艺运维过程的成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于傅里叶变换红外光谱（FT-IR）的生活污水膜污染情况的主成分分析-聚类分析（PCA-CA）原位解析方法，实现更加准确、高效和便捷解析生活污水原位膜污染情况。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于FT-IR的生活污水膜污染情况的PCA-CA原位解析方法，用于将污水原水过滤后污染膜的红外光谱与统计产品与服务解决方案（SPSS）数据处理相结合，准确划分膜污染增长阶段，分析不同工况条件下膜污染的积累情况，确定膜污染的机理。本发明具体包含如下步骤：

取得污水厂精细格栅后出水；

确定超滤杯系统过滤时间和膜更换时间步长；

将污水转移至超滤杯中，调整超滤杯系统内外部压力差为9KPa，恒压死端过滤，得到不同过滤时间滤膜；

将不同时间滤膜进行红外光谱扫描，得到不同过滤时间的膜红外光谱图；

将红外光谱图数据进行聚类分析，将膜污染过程划分为若干污染阶段；

拾取红外光谱中蛋白质、多糖和腐殖酸的特征吸收峰；

将拾取的若干吸收峰进行主成分分析，确定不同污染阶段主要污染成分及相互间作用关系；

以聚类分析方法划分的膜污染时间阶段为依据，根据拾取的蛋白质、多糖和腐殖酸的特征吸收峰，用主成分分析方法分析不同阶段主要污染物质成分及相关关系。