主成分分析结合BP神经网络对短程生物脱氮中氮的近红外光谱研究

摘要：

为实现高效短程生物脱氮及氨氮和亚硝酸盐氮的快速检测,采用主成分分析结合BP神经网络的方法建立短程生物脱氮工艺中氨氮和亚硝酸盐氮的近红外光谱定量分析模型(BP神经网络模型)。工艺运行结果表明：原水经过好氧阶段氨氮从45.3 mg·L-1下降到2.7 mg·L-1,亚硝酸盐氮从0.01 mg·L-1上升到19.6 mg·L-1,硝酸盐氮受到抑制；在缺氧段亚硝酸盐氮从19.6 mg·L-1下降至1.2 mg·L-1,系统实现了良好的短程生物脱氮效果。水样原始光谱主成分分析表明：前13个主成分代表了原始光谱数据的信息,其累计贡献率达到95.04%,排除了冗余信息且大大降低了模型的维数,光谱数据矩阵从192×2203减少到192×13,大大降低了运算量并提高了模型的精度。BP神经网络模型校正结果显示：BP 神经网络模型对氨氮、亚硝酸盐氮校正时的决定系数(R2)分别达到0.9504和0.9762,校正均方根误差(RMSECV)分别为0.0166和0.0109。BP神经网络模型预测结果显示：BP神经网络模型对氨氮、亚硝酸盐氮预测输出与期望输出之间的决定系数(R2)分别为0.9740和0.9814,预测均方根误差(RMSEP)分别为0.0337和0.0287,模型预测效果良好。研究表明,BP神经网络模型可以通过快速测定水样的近红外光谱数据预测短程生物脱氮工艺中氨氮和亚硝酸盐氮浓度,并根据氨氮和亚硝酸盐氮浓度变化及时、灵活地控制工艺的运行,为生物脱氮提供快速有效的检测技术和科学依据。

关键词：短程生物脱氮、氨氮、亚硝酸盐氮、近红外光谱、主成分分析、神经网络

所属期刊栏目：36

分类号：O657.3(分析化学)

资助基金：Major Science and Technology Program for Water Pollution Control and Treatment of China2014ZX 07303-003-09,2014ZX07405-003-03;the Natural Science Project for Colleges of Anhui ProvinceKJ2016A817

在线出版日期：2016-12-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共5页

页码：3399-3403