光谱法研究胞外聚合物与四溴双酚A的相互作用

利用三维荧光光谱和红外光谱研究污水处理厂活性污泥中萃取的胞外聚合物与四溴双酚A之间的相互作用.结果显示,活性污泥胞外聚合物中存在3个明显的荧光峰,分别为,E_x/E_m=230/300nm(峰A)、E_x/E_m=240/350nm(峰B)和E_x/E_m=270/370nm(峰C).荧光滴定结果表明,3个荧光峰随着四溴双酚A 的加入均发生不同程度的猝灭.修正的Stern-Volmer模型和Ryan-Weber非线性模型计算胞外聚合物与四溴双酚A之间的结合常数,二者间的结合常数值(lg K)在4.23~6.27之间.红外光谱和同步荧光结果显示,胞外聚合物与四溴双酚A 结合导致胞外聚合物原有的蛋白质结构发生变化.同时,考察了不同环境条件(pH值、电导率以及离子)对两者作用的影响.结果表明:pH值和离子变化对胞外聚合物与四溴双酚A结合强度有影响,但电导率的变化影响并不显著.     

受四环素影响的活性污泥胞内外聚合物特征

利用离心加超声的方法对处理四环素抗生素废水的活性污泥胞外聚合物(EPS)和胞内聚合物(IPS)进行提取,将其分为-溶解型胞外聚合物(slime)、松散附着型胞外聚合物(LB)、紧密附着型胞外聚合物(TB)、胞内聚合物(IPS).用BCA法和蒽酮-硫酸法测定了各层EPS和IPS溶液中的蛋白质和多糖含量,同时用三维荧光光谱扫描(EEM)和同步荧光光谱扫描(SFS)对其中的溶解性有机物(DOM)进行定性和定量分析,结果表明在EPS中的蛋白质和多糖的含量高于IPS,且蛋白质含量均比多糖含量高,而在slime和IPS中的蛋白质和多糖的含量高于LB和TB;低激发波长类色氨酸和高激发波长类色氨酸是EPS和IPS溶液的主要成分,且溶液中的溶解性代谢产物和芳香蛋白类物质相对含量在slime、LB、TB和IPS逐渐增加,而难降解有机物-腐殖酸类物质的相对含量逐渐降低;进水四环素浓度与污泥各层EPS和IPS溶液中DOM也具有较好的相关性;三维荧光法检测溶液中的DOM与化学分析测试出的蛋白质含量具有较好的相关性.     

集胞藻胞外聚合物(EPS)与氯霉素的相互作用

通过利用激发-发射矩阵(EEM)荧光光谱,研究蓝藻集胞藻EPS(胞外聚合物)与CAP(氯霉素)的相互作用.结果表明:EPS含有6个峰,其中峰A(Ex/Em=205/304)、峰B(Ex/Em=230/302)、峰C(Ex/Em=235/354)和峰D(Ex/Em=260/372)为类蛋白峰,峰E(Ex/Em=275/446)和峰F(Ex/Em=350/452)为类腐殖质峰.除峰F外,其他各峰都能被CAP猝灭,说明它们所代表的物质能够与CAP发生作用;而峰F则几乎不被CAP猝灭,即荧光峰F不与CAP发生作用.CAP与EPS中荧光基团的反应属于静态猝灭,生成稳定的不发荧光的EPS-CAP络合物,其有效猝灭常数为3.28～4.49,结合常数为4.54～8.13.EPS与CAP强的络合作用意味着环境中普遍存在的EPS可能深刻地影响CAP在水环境中的迁移与转化.      

湖泊草源DOM与磺胺二甲基嘧啶的荧光猝灭研究

磺胺二甲基嘧啶(SMT)作为一种常见的磺胺类抗生素,在富营养化湖泊中的迁移和归趋与溶解性有机质(DOM)密切相关。该研究采用荧光猝灭光谱法研究马来眼子菜释放的DOM与SMT的相互作用。同步荧光光谱和紫外可见吸收光谱表明SMT可引起DOM的构象变化,静态猝灭是主要机制。通过三维荧光光谱结合平行因子分析将DOM分为4个独立荧光组分,并结合Ryan-Weber非线性模型分析各组分与SMT的结合能力。模型拟合度较高,结合稳定常数(logK_b)大小顺序为类酪氨酸(7.22)>类色氨酸(5.54)>小分子类腐殖(5.04)>大分子类腐殖组分(无猝灭),说明DOM对SMT的络合作用较强。二维相关图谱显示类酪氨酸荧光团优先于类色氨酸荧光团与SMT发生反应。草源DOM与SMT之间的相互作用可影响SMT在富营养化湖泊中的生物有效性和毒性等环境行为。     

湿地植物生物炭衍生DOM与氯霉素的络合机制

了解生物炭溶解性有机质（BDOM）与污染物的络合机制对生物炭的应用具有重要意义.选取天然湿地植物灰化苔草为生物炭原料,利用荧光猝灭法及多种光谱分析技术和方法,分析了植物不同部位、不同热解温度下BDOM与氯霉素（CAP）的络合机制,以期为生物炭的生态修复提供理论支持.紫外-可见吸收光谱分析结果表明,BDOM与CAP的荧光猝灭属于静态猝灭,300 ℃制备的BDOM与CAP络合体系的芳香性化合物含量和分子量比500 ℃更大. 同步荧光光谱分析结果发现类络氨酸和类色氨酸物质与CAP的络合能力更强.二维相关图谱分析结果表明植物根与叶的BDOM分别以类蛋白和类腐殖物质对CAP的猝灭更强,其中苔草根BDOM与CAP的猝灭优先发生于类蛋白物质中,但苔草叶BDOM以类腐殖物质为先.此外,通过三维荧光光谱结合平行因子分析法共解析出1个类蛋白荧光组分和5个类腐殖质荧光组分.总体来说,就单一组分而言,BDOM类蛋白组分与CAP的络合强度高于类腐殖质组分.     

荧光猝灭法研究洛克沙胂与腐殖酸的相互作用

运用荧光光谱和荧光猝灭滴定方法,研究腐殖酸(HA)与洛克沙胂(ROX)之间的相互作用,考察了HA浓度、pH和温度对ROX与HA之间相互作用强度的影响.结果表明,HA中的4个峰(Ex/Em=300 nm/480 nm、370 nm/480 nm、420 nm/500nm、460 nm/520 nm,分别标记为A、B、C、D)与ROX发生了不同程度的猝灭作用,猝灭程度依次为C>B>A>D.随着HA浓度增加,ROX与峰A所代表官能团结合常数的常用对数值lg K有略微上升,且远大于O2双分子动态猝灭常数的lg K值,表明ROX能与HA中羧基和羰基等官能团发生静态猝灭作用;在pH值5.00~9.00范围内,ROX-HA体系中峰A的lg K在3.55~3.98 L·mol-1之间波动,且在pH=6.00时达到最大值,这可能是由于pH改变了ROX形态以及HA分子中酚羟基和羧基的构象所致;在25.0~55.0℃范围内,随着温度上升,lg K值降低,lg K值介于2.65~3.89 L·mol-1之间,这进一步表明ROX与HA中的类FA荧光峰所代表的官能团发生静态猝灭.瞬态荧光光谱和线性模型拟合分析表明:ROX与HA中峰A、峰B、峰D所代表的官能团均发生单一静态猝灭作用,而与峰C所代表的官能团同时发生静态猝灭和碰撞猝灭作用.     

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.     

紫外老化微塑料衍生DOM理化特性及其与磺胺嘧啶、铜的络合机制

微塑料在老化过程中所释放的溶解性有机质(MPDOM)可与有机污染物、重金属等污染物发生络合反应,影响污染物的迁移转化.选取聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚苯乙烯(PS)两种微塑料,利用荧光猝灭法及多种光谱分析技术和方法,同时结合Ryan-Weber模型,探究了MPDOM的光谱特性以及MPDOM与磺胺嘧啶(SDZ)、铜离子(Cu²⁺)的络合机制.紫外-可见吸收光谱分析结果表明,老化后两种MPDOM的相对分子量减小、芳香性及腐殖化程度增加,芳环上的羧基、羰基、羟基及酯类取代基增多.MPDOM与SDZ、 Cu²⁺的荧光猝灭均属于静态猝灭,猝灭后两种MPDOM的芳香性和腐殖化程度相近,相对分子质量相当.三维荧光光谱结合平行因子分析法共鉴定出两种类腐殖质组分和一种类蛋白质组分.同步荧光光谱分析结果表明,两种MPDOM均以类蛋白组分优先与SDZ发生反应,与Cu²⁺反应时更为敏感.结合Ryan-Weber模型可知,两种猝灭体系均以类腐殖质组分与PET-DOM的结合能力更高,但总体来说SDZ猝灭体系中MPDOM的结合能力要强于Cu     

典型可溶有机质与磺胺二甲嘧啶的络合作用研究

以藻源有机质(AOM)和腐殖酸(HA)作为典型生物大分子可溶有机质(DOM)和腐殖化DOM,采用荧光猝灭滴定和光谱分析考察磺胺二甲嘧啶(SMZ)与DOM的络合作用.三维荧光光谱结合平行因子分析显示AOM荧光组分主要由类酪氨酸和类色氨酸物质组成,而类富里酸和类腐殖酸物质是HA荧光组分的主要构成.4种荧光组分可与SMZ发生不同程度的静态猝灭,且猝灭过程中DOM分子构象改变.同步荧光光谱结合二维相关图谱进一步发现类酪氨酸优先于类色氨酸组分与SMZ发生络合作用.Ryan-Weber非线性模拟拟合表明AOM中各荧光组分与SMZ的络合稳定常数(logK)大小为:类富里酸(3.33)类酪氨酸(3.12)类色氨酸(2.15)类腐殖酸(1.57);而HA中大小为:类富里酸(3.06)类腐殖酸(2.02).总体上生物大分子DOM对SMZ的亲和力高于腐殖化DOM.DOM与SMZ的相互作用可改变水环境中抗生素的形态和归趋,影响其生物有效性和生态毒性.     

污泥龄对膜生物反应器污泥特性及膜污染的影响

研究了污泥龄对胞外聚合物(EPS)总量、紧密粘附胞外聚合物(TB)和松散附着胞外聚合物(LB)含量及其中蛋白质与多糖比例的影响.结果表明,随污泥龄的延长,混合液EPS总量增加,TB和LB中蛋白质与多糖比例发生变化.这种变化改变了细菌表面电荷分布,增大了细菌表面亲水基和疏水基的比例,使细菌的存在状态由不稳定型(R型)向稳定型(S型)转变,降低了混合液Zeta电位,SVI值增大.采用SPSS软件对膜污染的主要因子进行了相关性分析,Zeta电位、上清液悬浮固体浓度、相对疏水性的相关系数分别为-0.818、0.853、0.832.综合考虑膜污染阻力和污泥特性,膜生物反应器的污泥龄应控制在优势菌最小世代时间的120倍以下.     

膜-生物反应器中荧光物质对膜污染的影响

采用三维荧光(EEM)技术对膜-生物反应器(MBR)运行过程中进出水、膜面溶解性污染物、溶解性微生物(SMP)和胞外聚合物(EPS)进行分析,并对各运行条件下荧光强度与膜污染速率进行比较.结果表明:各工况膜污染顺序为工况1(0.55 kPa/d)<工况3(1.37 kPa/d)<工况2(1.71 kPa/d)<工况4(3.69 kPa/d),SMP中的类蛋白质和类富里酸,以及EPS中的类蛋白质和类腐殖酸,均与各工况膜污染速率呈一致的变化趋势,而膜面溶解性污染物中的类蛋白质荧光峰则与膜污染速率没有明显的关系,说明在膜表面积累的荧光物质可能与其他有机物共同作用影响了膜污染速率.      

盐度冲击下MBR污泥SMP和EPS的三维荧光光谱解析

利用三维荧光(EEM)技术研究了不同盐度冲击下膜-生物反应器(MBR)污泥微生物溶解性产物(SMP)和胞外聚合物(EPS)的变化规律,分析不同盐度冲击下MBR污泥SMP和EPS的EEM图谱.结果表明,当冲击盐度大于2.5g/L时,SMP的EEM图谱中色氨酸荧光峰B(270nm,350nm)、类胡敏酸荧光峰C(375,475nm)、类富里酸荧光峰D(260,460nm)以及EPS的EEM图谱中色氨酸荧光峰B的荧光强度随冲击盐度的提升而增加,EPS的EEM图谱中类胡敏酸C峰的荧光强度则随冲击盐度的提升而下降.用平行因子分析(PARAFAC)方法确定EEM图谱中存在的4个组分,分别为类蛋白质组分C1(230/280,350nm),类胡敏酸组分C2(290/310,380nm)、C3(290/360,460nm)和C4(270/340,440nm);当冲击盐度大于2.5g/L时,SMP中C1、C3和C4组分的荧光强度与冲击盐度呈正相关,而EPS中C3和C4组分的荧光强度分别与冲击盐度呈正相关和负相关,其相关系数均≥0.90;SMP中类蛋白质荧光组分和类胡敏酸组分的荧光强度之和分别与测定的蛋白质含量和胡敏酸含量呈明显的正相关性,相关系数均＞0.93,可作为荧光组分强度定量计算的依据,而EPS中此相关性并不明显.     

硝化污泥胞外聚合物分层组分提取方法的比较

采用温和加热法、超声法、超声+振荡法和离心法4种方法提取硝化污泥松散结合型胞外聚合物(LB-EPS),及乙二胺四乙酸(EDTA)法、甲醛+NaOH法、甲醛+超声、阳离子树脂法(CER)和加热法提取硝化污泥紧密结合型胞外聚合物(TB-EPS),通过化学分析结合三维荧光(3DEEM)光谱对各提取方法进行比较.结果表明,LB-EPS和TB-EPS的最优提取方法分别为温和加热法和甲醛+Na OH法,TOC提取量分别为16.82、58.43 mg·g~(-1).三维荧光光谱显示温和加热法能有效提取LB-EPS中的类色氨酸和类腐殖酸;甲醛+NaOH法、CER和加热法提取的TBEPS中物质最为全面,主要包括类色氨酸、类腐殖酸和类酪氨酸.TB-EPS三维荧光浓度效应分析表明荧光峰位置与EPS浓度变化无关;类腐殖酸和类酪氨酸荧光峰强度随EPS浓度降低而减小,分别呈二项式和对数关系.     

Effects of solution conditions on the physicochemical properties of stratification components of extracellular polymeric substances in anaerobic digested sludge

The composition and effects of solution conditions on the physicochemical properties of the stratification components of extracellular polymeric substances (EPS) in anaerobic digested sludge were determined. The total EPS in anaerobic digested sludge were extracted by the cation exchange resin method. Another EPS extraction method, the centrifugation and sonication technique was employed to stratify the EPS into three fractions: slime, loosely bound (LB)-EPS, and tightly bound (TB)-EPS from the outside to the inside of the anaerobic digested sludge. Proteins and polysaccharides were dispersed uniformly across the different EPS fractions, and humic-like substances were mainly partitioned in the slime, with TB-EPS second. Protein was the major constituent of the LB-EPS and TB-EPS, and the corresponding ratios ranged from 54.0% to 65.6%. The hydrophobic part in the EPS chemical components was primarily comprised of protein and DNA, while the hydrophilic part was mainly composed of polysaccharide. In the slime, the hydrophobic values of several EPS chemical components (protein, polysaccharide, humic-like substances and DNA) were all below 50%. The protein/polysaccharide ratio had a significant influence on the Zeta potentials and isoelectric point values of the EPS: the greater the protein/polysaccharide ratio of the EPS was, the greater the Zeta potential and the higher the isoelectric point value were. All Zeta potentials of the EPS showed a decreasing trend with increasing pH. The corresponding isoelectric point values (pH) were 2.8 for total EPS, 2.2 for slime, 2.7 for LB-EPS, and 2.6 for TB-EPS. As the ionic strength increased, the Zeta potentials sharply increased and then gradually became constant without charge reversal. In addition, as the temperature increased (< 40°C), the apparent viscosity of the EPS decreased monotonically and then gradually became stable between 40 and 60°C.     

餐饮废水MBR处理过程中DOM的三维荧光光谱分析

采用三维荧光(EEM)光谱技术,对膜-生物反应器(MBR)处理餐饮废水过程中的各种溶解性有机物(DOM)进行分析,并对比研究不同水质和容积负荷下DOM的EEM光谱的迁移变化特性和DOM中荧光物质对膜污染速率的影响.结果表明,各种DOM的荧光物质中,蛋白质类物质所占的比重最大,且溶解性微生物代谢产物(SMP)和附着型胞外聚合物(EPS)中的蛋白质类荧光物质对膜污染速率的影响最大,而紧密附着胞外聚合物(TB-EPS)中蛋白质类荧光物质强度与膜污染速率呈强烈的负相关性.腐殖酸溯源表明DOM中的腐殖酸以微生物代谢产生的带有荧光基团的腐殖酸类为主.     

膜生物反应器中排泥方式对污泥胞外聚合物的影响

研究了膜生物反应器(MBR)中间歇排泥以及连续排泥条件下污泥停留时间(SRT)与污泥胞外聚合物(EPS)变化的关系。试验结果表明:在间歇排泥方式下的污泥EPS都明显高于连续排泥方式下的。随着SRT的增加,附着型EPS浓度先是稍有减少,之后快速增加,溶解性EPS则增加。