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水污染给人类健康和工农业生产以及自然环境造成严重的危害。有机污染物是水体污染的主要物质，由于种类繁多，难以一一定量测定，在水质评价中广泛采用综合性指标表征有机污染程度，生化需氧量(BOD)、化学需氧量(COD)是最常用、最重要的指标之一。传统的BOD、COD测量方法是基于传统和已知的化学方法，需要消耗试剂、产生二次污染，只适合实验室使用，测量周期长，无法反映水体污染的动态过程，不适用于在线分析。自动化、实时化、网络化是水质监测发展的必然趋势，水质指标的测量技术必须符合这个趋势，因此有必要研究适合于自动化、实时化测量技术要求的水质指标测量新方法。近红外光谱技术是20世纪90年代以来发展最快、最引人注目的光谱分析技术，它测试时间短，实时反映被测对象状态；不破坏样品，不需对样品作(化学)预处理直接进行测定，适合现场检测；不消耗化学试剂，不会对环境造成污染，属于绿色分析技术，被广泛应用于各个领域。近红外光在光纤中近乎无损传输，通过光纤很容易实现远距离、多点同时测量，非常适合构建远离现场的在线监测系统。如果能把近红外光谱法应用于水质的测量，结合近红外光光纤技术，可以相对较低成本和较小技术难度构建大型的、远距离的、自动化、网络化的在线监测系统，其优越性是无可比拟的。
本研究选取城市生活污水、养殖废水为研究对象，探讨近红外光谱技术对废水BOD/COD的测量方法、测量精度、测量条件、测量影响因素及其消除方法，为基于近红外技术的实时动态、多指标的水质监测系统的研制提供理论与实践基础，也为用近红外对其它水质指标的快速检测方法研究提供关键思路。主要研究内容和结论如下：
(1)运用主成分分析，定性分析了废水的近红外光谱。研究表明，不同来源废水、同一来源存放时间不同的废水近红外光谱有明显的差异。通过对废水的近红外光谱分析，不仅能够区分不同浓度的废水，而且还可以区分废水的来源，能够分辨出废水随时间变化而发生的化学组成和物理特性的变化。
(2)用偏最小二乘法(PLS)建立了废水BOD和COD的近红外光谱测量模型。BOD近红外模型的校正相关系数为0.819，校正标准差(RMSEC)为27.4mg·L-1，RMSEP(预测标准差)为30.1mg·L-1；COD近红外模型校正相关系数为0.9753，校正标准差(RMSEC)为19.90mg·L-1，预测标准差(RMSEP)为35.4mg·L-1。若以2倍的校正标准差为检出限，即置信度为95％，则基于近红外光谱法废水测量模型对COD最低检出限为39.80mg·L-1，对BOD最低检出限为54.8mg·L-1；若以3倍的校正标准差作为检出限时，即置信度为99％，对COD的最低检出限为59.70mg·L-1，对BOD的最低检出限为82.2mg·L-1。
(3)研究了仪器参数、测量参数的选择，为水质近红外光谱在线测量系统设计提供基础数据。研究得出了废水BOD/COD近红外光谱测量的重要匹配参数是扫描次数为32次，扫描分辨率为8cm-1。提出了双光程组合测量方法，因为近红外透射测量时，单一光程测量难于保证测量灵敏度，在800～1350nm谱区选用10mm的光程，在1350～2500nm谱区选用1mm或2mm的光程测量，使用双光程组合方法建模，可以有效的提高测量灵敏度。近红外漫反射测量时，光纤探头与被测液面的距离d可以选择1～5mm。
(4)比较了近红外透射、反射(漫反射和透反射)测量方式下BOD/COD测量模型的性能，透射测量方式下的模型优于反射测量方式下的模型，但是，在线测量中使用光纤的反射测量在测量系统的硬件布置方面更具优势。
(5)研究了废水的浊度和pH值应用近红外光谱技术测量的方法、精度。采用偏最小二乘法(PLS)，以分光光度法(680nm)为参考建立的近红外透射光谱浊度测量模型，校正相关系数rc为0.9985，校正标准误差(RMSEC)为10.1度，预测标准误差(RMSEP)为13.8度；以散射法为参考的近红外反射光谱浊度PLS测量模型，校正相关系数rc为0.9936，校正标准误差(RMSEC)为15.3度，预测标准误差(RMSEP)为22度。建立了废水pH的PLS近红外校正模型，校正相关系数rc达0.966，RMSEC为0.165，PMSEP为0.208，测量精度虽然没有玻璃电极高，但是它在在线监测、维护等方面更具优势。
(6)研究了浊度、pH、温度对BOD/COD近红外测量的干扰和干扰消除方法。提出了“基于干扰因素剔除法的浊度消除”和“基于散射和透射浊度阈值判断的浊度消除”两种消除浊度干扰的方法，通过实验验证，两种方法都能有效的消减浊度对BOD/COD近红外测量的影响，其中“基于散射和透射浊度阈值判断的浊度消除”更稳健，对水样的适应性更广。通过对水样光谱进行正交信号校正法和净分析信号法处理，有效消减了pH和温度干扰信息对BOD/COD近红外测量的影响。
(7)研究了废水BOD/COD建模样品数的确定方法、样品的挑选方法和异常样品剔除方法。对预处理方法的研究表明，建模前对水样光谱进行预处理是很有必要的，其中“Savitzky-Golay卷积平滑滤波+二阶导数光谱”、正交信号校正法和净分析信号法等三种预处理方法较理想。比较了逐步多元线性回归(SMLR)、主成分回归(PCR)、偏最小二乘法(PLS)、人工神经网络(ANN)等建模方法对废水BOD/COD近红外建模性能，其中以PLS和ANN法建立的废水BOD/COD近红外模型的性能最好。