城镇化河流溶解性有机质的荧光特性与水质相关性:以宁波市北仑区芦江为例

以宁波市北仑区芦江为例,利用三维荧光技术分析城镇化河流水体荧光溶解性有机物（FDOM）组成结构及其空间分布特征,研究FDOM与河流水质的相关性.结果表明,FDOM由类酪氨酸、类色氨酸、类溶解性微生物副产品、类富里酸物质组成,以类蛋白组分为主要成分,占总荧光强度的比例高达83.8%,而类腐殖物质的含量较少.各组分荧光强度与氮、磷、金属含量呈显著正相关,表明FDOM与氮、磷等元素的迁移转化有关;FDOM呈现明显的空间分布格局,上游水体FDOM含量较低受人类活动影响较小,下游FDOM含量较高呈现城镇河段排放分布特征;表明人类活动对河流水质及FDOM含量和组成均产生重要影响.     

金泽水库上游来水及库区水质变化时空分布特征

金泽水库是上海西南五区的主要饮用水源,上游太浦河来水及库区水质变化对水库运行和相应供水系统供水水质有重要影响.基于常规水质指标应用主成分分析法评价了不同季节金泽水库上游来水及库区水质变化;利用平行因子(PARAFAC)分析了金泽水库上游来水及库区水中荧光溶解性有机质(FDOM)组成结构及分布特征;通过相关性分析分析了水体荧光强度与常规水质指标间的关系.结果表明,金泽水库上游来水及库区冬季水质最差,库外断面水质受外源污染逐步恶化,经过库区生态净化作用后水质有所提升;水体FDOM主要由类蛋白类和类腐殖质类组分构成,类蛋白物质为主要组分,各组分呈现出明显的时空分布特征,外源污染是影响库外断面FDOM总荧光强度的主要因素,生态环境是影响库内FDOM总荧光强度季节性波动的主要因素. FDOM总荧光强度呈现上游低下游高的趋势,与水中NH4+-N、石油类、TOC、氯化物和硫酸盐含量显著相关,通过检测FDOM总荧光强度可实现对水体水质的快速分析并发挥预警和指示作用.     

蠡湖表层沉积物荧光溶解性有机质(FDOM)荧光光谱特征

应用三维荧光光谱技术(EEMS),研究了蠡湖表层沉积物荧光溶解性有机质(FDOM)光谱特征,并探讨了沉积物中FDOM来源及与有机氮(SON)、无机氮(SIN)之间的相关性.结果表明,蠡湖表层沉积物FDOM由2类3个荧光组分组成,即类腐殖质荧光组分C1(240,310/420 nm)、C2(260,360/460 nm)和类色氨酸荧光组分C3(225,275/340 nm).总荧光强度变化范围为:49.97~159.19 R.U.·g-1,在空间上呈自东向西依次递减,且沿岸区高于湖心区的趋势,C1、C2和C3相对比例分别为33.63%、26.87%、39.49%.荧光指数(FI)、生物源指数(BIX)和腐殖化指数(HIX)的变化范围分别为:1.96~2.22、0.69~0.94、2.62~4.39,显示蠡湖表层沉积物FDOM的来源具有自生源特性,主要为自生微生物、藻类等新近自生源.相关性分析表明,表层沉积物FDOM各组分与SON和SIN均呈显著正相关(P0.01),且与SIN的相关性较高.     

北运河上覆水DOM组分含量特征及对水质的影响

基于三维荧光光谱,紫外-可见光谱技术,对比分析了汛期非汛期北运河通州区域上覆水中溶解性有机物（DOM）的组成、来源及结构特征,建立了上覆水中N和P的含量与DOM组成之间的关系,确定了反映潜在富营养化生态风险的指标.结果表明,北运河通州地区上覆水中DOM含量在9.17~27.78mg/L之间,总体呈现非汛期>汛期,上游>下游,DOM含量时空特征差异显著.汛期DOM分子量与非汛期相比较小,DOM芳香程度汛期低于非汛期;在上游和下游,汛期上覆水DOM A₂₅₃/A₂₀₃大于非汛期.汛期DOM受陆源腐殖质和生物源的共同影响,而非汛期主要受微生物活动的影响.汛期蛋白质类和腐殖质类物质的浓度水平显著低于非汛期,非汛期蛋白质类组分相对占比较多,而汛期腐殖质类组分相对占比较多.在汛期,上覆水DOM中C1、C3、C4组分的最大荧光强度可间接反映北运河富营养化的潜在风险.     

区域土地利用类型对水源水中溶解性有机物丰度和荧光组分的影响

以潮白河密云段水体为研究对象,采用三维荧光光谱法及平行因子分析解析了潮白河饮用水源中溶解性有机物(DOM)来源和荧光特性,结合方差分析探讨了不同季节和区域土地利用类型对DOM浓度和荧光组分强度的影响.结果表明,潮白河密云段水体荧光溶解性有机物(FDOM)由5种荧光组分组成,包括微生物腐殖质2种,自生酪氨酸,还原醌类和陆...     

北运河沉积物中氮磷营养盐及荧光溶解性有机物的污染特征研究

以北运河为研究对象,选择干流12个点采集沉积物柱芯,分析上覆水及沉积物中的营养盐空间分布特征,采用单因子污染指数及综合污染指数法对沉积物营养盐污染进行评价;基于沉积物间隙水的三维荧光光谱,采用区域积分法(FRI)对荧光溶解性有机物(FDOM)进行分析,结合3种荧光特征指数进行FDOM溯源分析.结果表明,北运河沉积物上覆...     

城市纳污河流有色溶解有机物时空演变特征

利用平行因子分析和主成分分析方法,结合紫外吸收光谱与三维荧光光谱技术,研究了典型城市纳污河流-河北洨河水体有色溶解有机物(CDOM)的来源及随季节和空间变化特征,探讨了水体CDOM与水质指标间关系.结果表明:洨河水体CDOM主要为新近微生物源产生,受人类活动影响较大.CDOM浓度在时间变化上表现为春夏(2、5月)低,而秋冬(8、11月)高,从上游至下游呈现先升高再降低变化特征.荧光鉴别出的4种组分:组分1(类富里酸),组分2(类腐殖酸)及组分3(类胡敏酸)为类腐殖质,组分4为类蛋白物质.不同季节各组分来源及分布存在差异,除夏季外其他季节水体类蛋白与类腐殖质来源相似,尤其与类胡敏酸组分;类蛋白组分在各季节分布变化显著,冬春含量相对较高.洨河水体荧光物质与氨氮、亚硝氮具有共同来源,其中类腐殖质对COD贡献较为明显.采用光谱分析法并结合平行因子、主成分分析及聚类分析方法可识别污染源空间分布,揭示河体CDOM随季节变化规律.     

思林水库荧光溶解性有机质的特征、来源及其转化动力学

利用三维荧光光谱(EEM)结合平行因子分析(PARAFAC),研究了思林水库冬季(1月)、春季(4月)、夏季(6月)和秋季(10月)上游入库水体、库区表层水(0 m)、库区深层水(20 m)、出库水体的荧光溶解性有机质(FDOM)不同组分的特征、来源及其转化动力学.结果表明,思林水库的溶解性有机质由3种荧光组分组成,分别是:陆源类腐殖质(C类,C1)、浮游植物源的微生物类腐殖质(M类,C2)和浮游植物源的类蛋白或类色氨酸或类酪氨酸(C3).其中陆源类腐殖质的荧光强度随着入库水、库区表层水、库区深层水和出库水逐渐减少,这表明由于光化学作用、微生物作用、大坝拦截效应等环境因素的影响,类腐殖质随着水体由入库向出库的流动而逐渐降解.相反,微生物类腐殖质(M类)的荧光强度结果表明,在入库-出库过程中,微生物类腐殖质处于产生及部分或完全降解的波动中,这表明微生物类腐殖质是浮游植物的原生产物,并且对于光化学作用、微生物作用和大坝拦截效应有很强的不稳定性.类蛋白或类色氨酸或类酪氨酸主要新产生于夏季和秋季的表层水体中,在冬季和春季表层和深层水体中也有产生;并在出库过程中逐渐减少.这表明类蛋白或类色氨酸或类酪氨酸是浮游植物的原生产物;并且它们受到光化学作用、微生物作用和大坝拦截效应的共同影响,在表层和深层水中生成和降解.因此,这些结果意味着通过平行因子分析确定的荧光溶解性有机质组分的方法,对于更好地理解溶解性有机质在水库水体的转化动力学机制至关重要.     

白洋淀水体溶解性有机质荧光光谱特征研究

利用三维荧光光谱以及平行因子分析法对白洋淀荧光溶解性有机物(FDOM)的结构组分、空间分布特征和来源做了分析,并探讨了FDOM与水质指标的相关性;结果表明,白洋淀FDOM由3种类蛋白质组分(89.75%)和1种类腐殖酸组分(10.25%)组成;荧光指数、生物源指数和腐殖化指数均显示水体中FDOM的来源主要是自生的微生物、水生植物的自生源;相关性分析表明,白洋淀水质变化与腐殖化过程有较大的联系,而淀内大范围的水生植物的腐解和养殖区内细菌、微生物的作用在这一过程中应该贡献较大。     

煤矿区废水中溶解性有机质与铜的结合特性

为研究煤矿区废水排放对环境中重金属化学行为的影响,通过荧光滴定实验,利用铜离子选择电极法和荧光猝灭法定量化研究了矿井水和生活污水中溶解性有机质对铜的结合行为.结果表明,铜离子选择性电极法能精确地定量化这2类废水中有机质对铜的结合容量,其中矿井水中有机质对铜具有较大的结合容量,可以达到163.9mg/g,而生活污水中有机质对铜的结合容量相对较小,只有72.6mg/g.荧光猝灭法结果表征了这2类废水中各个组分对铜的结合特性,其中矿井水中的富里酸(A峰)对铜具有较强的结合容量,而生活污水中的类蛋白组分对铜的结合能力相对较弱.2类废水与铜结合前后的红外光谱变化结果表明矿井水中腐殖酸物质与铜的结合是一种化学反应,其中的酚羟基和羧基等官能团参与了反应,但生活污水中类蛋白物质的官能团与铜并没有发生化学结合反应.     

天津市典型排污河水体中溶解性有机质的荧光分布特征分析

利用三维荧光光谱研究了天津市两条典型排污河(大沽排污河和北塘排污河)沿河水体中溶解性有机质(DOM)的荧光分布特征,并通过对荧光参数——紫外区类富里酸峰中心位置的荧光强度与可见区类富里酸峰中心位置的荧光强度比值(r(A,C))和激发光波长370nm时荧光发射光谱强度在450nm与500nm处的比值(f450/500)的分析,探讨了水体中DOM的来源.结果表明,大沽排污河除中游个别位置外,其它位置水体均能检出紫外区类富里酸、类蛋白、可见光区类腐殖质、紫外区类腐殖质,总体上呈中游少、上下游多的特点;而北塘排污河水体中DOM的荧光峰从上游到下游呈增多趋势,但检出数量比较少.两条排污河水体中DOM均以紫外区类腐殖质最强.两条排污河水体中DOM的荧光强度与其水质参数之间存在显著相关性,而大沽排污河的相关系数更大.结合荧光参数r(A,C)和f450/500的分析和现场对入河排污口的调研,发现两条排污河的溶解性有机质来源均以入河排污口排污汇入(陆源)为主,另外还有少量沉积物有机质释放(微生物作用).     

夏季巢湖入湖河流溶解性有机质来源及其空间变化

使用紫外-可见光吸收光谱（UV-vis）和三维荧光光谱-平行因子分析法（EEM-PARAFAC）,分析了2019年夏季巢湖流域丰乐河、杭埠河、岐阳河、兆河和南淝河水体溶解性有机质（dissolved organic matter,DOM）的来源及其空间变化.结果表明,南淝河DOM吸收特征参数SUVA₂₅₄显著低于其它河流,而光谱斜率比S_R显著高于杭埠河,表明城市污染物径流排入降低了南淝河水体DOM的芳香性,但对其分子量影响较低.南淝河DOM荧光指数（FI）和生物源指数（BIX）大于其它河流,而腐殖化指数（HIX）低于其它河流,指示其DOM自生源高于其它河流.使用EEM-PARAFAC从河流DOM中提取出4种类腐殖质组分（C1~C4）和2种内源类蛋白荧光组分（C5、C6）,其中,类腐殖质组分包括陆源有机质（C1、C3和C4）和微生物降解产物（C2）.沿河流方向,5条河流河水溶解性有机碳（dissolved organic carbon,DOC）、 a（355）和DOM荧光组分呈不同的空间变化特征,其中丰乐河、杭埠河、岐阳河和兆河DOM受农田土壤径流输入影响明显,而南淝河DOM主要受城市污染物径流和污水处理厂出水影响.     

黄河干流宁蒙段溶解性有机物组分特征及其与金属离子的相关性

溶解性有机物(dissolved organic matter,DOM)是天然水体的重要组成部分,由于化学极性及所含的官能团不同,其在水体中的化学行为也不同.本研究以黄河干流宁蒙段为研究对象,于2015年4月采集了下河沿至头道拐沿程7个断面的水样,采用XAD系列树脂将DOM分为疏水性酸(hydrophobic acid,HOA)、疏水性碱(hydrophobic base,HOB)、弱疏水性酸(weak hydrophobic acid,WHOA)和亲水性物质(hydrophilic matter,HYI)这4个组分,探讨了DOM组分含量、荧光峰值及其与Pb、Zn、Cu、Cr、As这5种金属离子之间的相关性.结果表明,黄河宁蒙段DOM总量由下河沿至头道拐沿程逐渐增加.各断面DOM腐殖化程度较低,以亲水性的蛋白质类小分子物质(HYI)为主,疏水性酸(HOA)次之,这与黄河沿岸排污导致内源作用增强有关.三维荧光光谱中类腐殖质和类蛋白质荧光峰型显著,且类腐殖质峰沿程逐渐增强,进一步证实了内源污水输入的影响.SPSS相关性分析结果表明,DOM与5种金属离子呈现出不同程度的相关性,其中与Cu离子显著相关;4种组分中HYI与Cu离子的相关性最强,说明二者在迁移转化过程中存在显著相互作用.进一步研究发现,芳香蛋白类物质荧光峰强度随Cu离子浓度的升高而降低,这可能是Cu与亲水性组分中的芳香类蛋白质发生络合产生荧光淬灭效应,从而导致荧光强度降低.     

松花湖沉积物溶解性有机质荧光光谱特性

溶解性有机质(DOM)对于湖泊的主要污染指标(如COD等)有着较大的影响,而沉积物亦是湖泊污染的主要来源,因此沉积物DOM荧光光谱特性的研究对进一步揭示湖泊污染本质有重要意义.采集了松花湖20个点位的沉积物,利用激发发射矩阵光谱-平行因子分析(EEM-PARAFAC)技术对沉积物中的DOM组分进行了解析,从光谱学角度明...     

Selective elimination of chromophoric and fluorescent dissolved organic matter in a full-scale municipal wastewater treatment plant

Effluent organic matter (EfOM) from municipal wastewater treatment plants potentially has a detrimental effect on both aquatic organisms and humans. This study evaluated the removal and transformation of chromophoric dissolved organic matter (CDOM) and fluorescent dissolved organic matter (FDOM) in a full-scale wastewater treatment plant under different seasons. The results showed that bio-treatment was found to be more efficient in removing bulk DOM (in terms of dissolved organic carbon, DOC) than CDOM and FDOM, which was contrary to the disinfection process. CDOM and FDOM were selectively removed at various stages during the treatment. Typically, the low molecular weight (MW) fractions of CDOM and protein-like FDOM were more efficiently removed during bio-treatment process, whereas the humic-like FDOM exhibited comparable decreases in both bio-treatment and disinfection processes. Overall, the performance of the WWTP was weak in terms of CDOM and FDOM removal, resulting in enrichment of CDOM and FDOM in effluent. Moreover, the total removal of the bulk DOM (P < 0.05) and the protein-like FDOM (P < 0.05) displayed a significant seasonal variation, with higher removal efficiencies in summer, whereas removal of CDOM and the humic-like FDOM showed little differences between summer and winter. In all, the results provide useful information for understanding the fate and transformation of DOM, illustrating that sub-fractions of DOM could be selectively removed depending on treatment processes and seasonality.     

城郊与城镇河流中溶解性有机质与重金属的相关性

溶解性有机质(dissolved organic matter,DOM)在水体环境中广泛存在,对重金属在水环境中的环境行为有重要影响.本研究为探讨DOM与重金属的相关性,以宁波市城郊流域樟溪和城镇流域芦江为例,利用三维荧光技术分析不同城镇化梯度下河流水体溶解性有机质(DOM)的结构组成特征,分析DOM各项参数与重金属之间的相关性.结果表明,城镇化程度较高的河流水体具有较高的DOC、有色溶解性有机质(CDOM)和荧光溶解性有机质(FDOM)浓度;城郊流域与城镇流域水体中DOM均含有4个荧光峰,类富里酸荧光峰A和C以及类蛋白荧光峰B和T,且城镇流域水体荧光峰B和T的强度显著高于城郊流域,DOM腐殖化程度与芳香性也具有同样的趋势;城镇流域水体中重金属As、Cu和Mn浓度显著高于城郊流域.DOM与重金属的相关性结果表明,城镇河流中DOM与Cu、Cr、Mn、As、Zn和Pb都存在显著的正相关关系,而城郊河流中DOM只与Mn、Pb和Cu呈显著正相关,与其它重金属相关性不明显.总之,城镇化水平影响河流水体中CDOM的浓度和性质,而CDOM浓度和性质与重金属的行为密切相关.     

渤海湾两条河流及其近岸海域水体中DOM的光谱特征及影响因素

应用三维荧光光谱结合吸收光谱分析,研究了2019年夏季天津市大清河-独流减河水系和河北省黄骅市捷地减河及其河口区水体中溶解有机物（DOM）的空间分布特征、来源及其影响因素。紫外-可见光谱结果表明,研究区水体的SUVA₂₅₄与盐度有显著正相关关系;两条河流的下游水体中S_275-295均值均大于上游和中游。平行因子分析结果表明,两条河流均检测到两种类腐殖质组分C1（240,300/390 nm）和C3（260,335/477 nm）以及一种类蛋白质组分C2（225,275/339 nm）。在大清河-独流减河水系及其近岸海域水体中,这三种组分与盐度呈显著负相关关系,其中由于人为输入（TN和TP含量高,工业排污）影响导致C2与盐度的相关性弱于C1和C3。该水系水体在低盐度时C2的占比高于捷地减河,主要受到工农业废水输入与其支流子牙河汇入的共同影响,而捷地减河主要受农业废污水输入的影响。此外,自然因素（盐度、海水混合）和人为因素（人为输入、筑坝拦截）的不同导致渤海湾两条入海河流中有色溶解有机质（CDOM）的光学特性和混合行为出现显著差异。其中筑坝拦截导致独流减河坝前水体的CDOM平均分子量低于下游水体,并且增强了河口区陆源类腐殖质的去除作用。综上,三维荧光光谱结合平行因子分析能判别河流局部条件的差异对整体CDOM空间分布特征的影响,研究结果可为渤海湾地区河流及河口水体CDOM生物地球化学过程研究提供基础数据。     

岷江上游水体中DOM光谱特征的季节变化

川西北高原湿地和高山峡谷区是岷江等河流重要集水区,地表水体中溶解性有机质(DOM)更多受环境背景影响,DOM来源与结构特征对认识流域有机碳输出通量及模式有重要意义.本文对岷江上游在4月(枯水期末)和10月(丰水期末)分别进行沿程地表水采样并测定了DOM三维荧光光谱(EEM),结合平行因子模型(PARAFAC)分析岷江上游水体DOM沿程和季节变化特征.结果表明,DOM荧光峰(类腐殖峰A、C和类蛋白峰B、T)沿程波动趋势和程度不同;枯水期末(4月)A、C峰强而丰水期末(10月)B、T峰强.PARAFAC识别出3个荧光组分,即C1(250~260/380~480 nm,类腐殖质,占比48.68%~65.02%),C2(300~330/380~480 nm,类腐殖质,占比23.17%~29.83%)和C3(270~280/300~350 nm,类蛋白质,占比11.83%~21.53%);枯水期末(4月)组分沿程波动更明显,其中C1沿程波动最显著.荧光指数(FI)均值在1.4~1.9之间,说明不同季节DOM均有内外源混合特征;枯水期末(4月)DOM腐殖化、芳香性和疏水性高,表明DOM陆源贡献更大,而丰水期末(10月)DOM自生源贡献比枯水期更高.CDOM浓度[a(355)]与类腐殖质浓度[Fn(355)]极显著正相关,这也证实岷江上游水体中DOM的陆源输入.C1、C2在枯水期末(4月)相关性极显著而丰水期末(10月)相关性未达到显著性水平,进一步表明岷江上游水体中DOM的外源性及季节性差异.