城市污水厂活性污泥胞外聚合物的三维荧光特性分析

对厦门5个城市污水处理厂活性污泥溶解性有机物SMP,松散型胞外聚合物LB-EPS和紧密结合型胞外聚合物TB-EPS的三维荧光光谱分析表明,SMP,LB-EPS和TB-EPS都有3个明显的特征峰,其中Peak A(Ex/Em=225~230/335~350nm)和Peak B (Ex/Em= 275~280/330~350nm)都为类蛋白荧光物质,Peak C(Ex/Em=320~350/420~445nm)为腐殖酸类荧光物质.LB-EPS和TB-EPS荧光峰强度同其对应的TOC浓度有一定相关性.荧光强度综合指数FRI分析表明,微生物副产物更多的存在于TB-EPS中,其FRI总和同TOC浓度呈一定相关性.     

污泥热水解过程中有机物分子量和荧光特征变化规律

运用三维荧光光谱技术对污泥热水解过程中不同分子量范围内有机物的荧光特性进行了研究.结果表明,在原污泥和热水解污泥各分子量范围内均有4 个明显的荧光峰:Peak A [Ex/Em 为(240~260nm)/(379~457nm)]、Peak B [Ex/Em 为(275~290nm)/(305~351nm)]、Peak C[Ex/Em 为(315~340nm)/(372~445nm)]和Peak D [Ex/Em 为(350~425nm)/(438~495nm)],分别为紫外区类富里酸荧光、类蛋白荧光、可见区类富里酸荧光、类腐殖酸荧光.污泥中的类富里酸荧光物质和类腐殖酸荧光物质在热水解过程中发生的主要反应是溶解液化,而类蛋白荧光物质发生的主要反应是水解反应.     

海泡石与生物质炭强化厌氧处理养猪废水

探讨了海泡石与生物质炭投加对于厌氧技术处理养猪废水效能的影响,并通过三维荧光光谱(EEM)与傅里叶红外光谱(FTIR)分析了海泡石与生物质炭对于厌氧污泥溶解性微生物产物(SMP)及胞外聚合物(EPS)组分的影响.结果表明,投加海泡石与生物质炭后,提高了厌氧反应器对COD与氨氮的去除效果,对COD的平均去除率分别提高了10.1%与15.4%,对氨氮的去除率最高分别达到了50.9%和71.5%.对于厌氧污泥SMP而言,投加海泡石后,其FTIR光谱中2930cm~(-1)、1460cm~(-1)处的吸收峰减弱,表明其对养猪废水中大分子有机物的去除效果有一定程度增强;而投加生物质炭后,其EEM光谱中类富里酸(Ex/Em=340nm/420nm)的吸收峰强度降低,从而提高了厌氧反应器出水水质.对于厌氧污泥EPS而言,通过EEM分析可知,投加生物质炭后厌氧污泥中简单类蛋白(Ex/Em=225nm/340nm)吸收峰、色氨酸类蛋白(Ex/Em=280/340nm)吸收峰强度增大,蛋白含量的提高有利于厌氧污泥的絮凝;同时出现了辅酶F420(Ex/Em=420nm/470nm)的吸收峰,这表明加入生物质炭后,厌氧反应器内产甲烷菌活性更佳,为厌氧反应器对养猪废水的高效处理提供了保障.     

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.      

活性污泥处理偶氮染料废水过程中胞外聚合物特性研究

采用序批式反应器(SBR)考察了偶氮染料浓度对活性污泥的污染物去除性能及胞外聚合物(Extracellular polymeric substances,EPS)的影响.结果表明,COD、染料及营养物的去除率均随着进水染料浓度的增加而下降,但进水染料浓度对EPS的影响却呈现不同的趋势.当进水染料浓度为5 ～40 mg·L-1时,EPS含量随着染料浓度的增加而增加;当进水染料浓度超过40 mg·L-1时,EPS含量却随着染料浓度的增加而减少.染料的加入导致活性污泥EPS中蛋白质的含量增加,且其变化趋势与EPS变化一致;EPS中腐殖酸的浓度低于蛋白质浓度;而EPS中多糖的浓度最低,为8 mg·g-1.三维荧光光谱结果显示,不同染料浓度下EPS荧光吸收峰数量及位置相同,分别为类蛋白峰(λEx/λEm=240 nm/375 ～394 nm)和类富里酸类峰(λEx/λEm =270 nm/410～416 nm),但两个吸收峰的荧光强度不同.     

不同运行条件下厌氧微网反应器运行特性研究

采用涤纶网加工的微网膜组件与厌氧反应器结合构成厌氧微网生物反应器用于处理城市生活污水,考察了反应器在停留时间4 h、8 h和16 h、膜通量72 L/m2.h和36 L/m2.h、微网目数250目和380目条件下的运行特性。试验结果表明,反应器的停留时间与进水COD的去除率成线性关系,停留时间越长,COD去除率越高,但对TN的去除影响不大;膜通量的减小有利于出水水质的变好;提高微网目数有利于提高微网动态膜的截留性能。     

三维荧光光谱法研究四环素与活性污泥EPS的相互作用

用三维荧光光谱仪研究了活性污泥EPS(Extracellular polymeric substances)和四环素的相互作用。活性污泥EPS中发现2种类蛋白荧光峰A(Ex/Em=225/340)和B(Ex/Em=280/338),其荧光强度随着盐酸四环素的加入而显著降低,峰A和盐酸四环素结合生成了不发荧光的物质,而峰B和盐酸四环素结合生成的物质在Ex/Em=295/416 nm处发荧光。峰A和峰B与盐酸四环素的相互作用适合用修正后的Stern-Volmer和Hill模型拟合,盐酸四环素和峰A的结合点位数、结合常数分别为1.33、7.02,大于和峰B的结合点位数和结合常数,说明盐酸四环素和荧光峰A的结合比较稳定。猝灭速率常数kq远远大于最大扩散碰撞猝灭速率常数(2.0×1010L(/mol.s)),表明峰A和峰B和盐酸四环素相互作用的荧光猝灭主要是静态猝灭过程。因此土壤和水环境中大量存在EPS会影响盐酸四环素在环境中的迁移转化。     

MPR处理低温污水中溶解性有机物的光谱特性

该文研究了微压内循环生物处理反应器(MPR)处理低温污水的效果,利用三维荧光光谱-平行因子分析法和紫外光谱法分析了低温下溶解性有机物(DOM)的降解特性及组成变化。结果表明:MPR对低温污水有很好的处理效果,化学需氧量、氨氮、总氮和总磷的平均去除率分别为90%、92%、71%和97%。三维荧光光谱图显示原水中有2个强烈的荧光峰,分别是类酪氨酸峰Peak B和类色氨酸峰Peak T_1、Peak T_2;在MPR处理过程中,出现类腐殖质峰Peak A且难以降解,成为出水主要荧光物质。通过平行因子分析法识别出MPR处理低温污水时,DOM中含有2个主要荧光组分,即类蛋白质C1(Ex=225/280 nm,Em=340 nm)和富里酸类腐殖质C2(Ex=235 nm,Em=415 nm)。2种荧光组分的去除效果不同,类蛋白质经MPR处理后降解了85.1%,而类腐殖质组分较为稳定,无明显变化。在MPR运行周期内的紫外光谱试验分析结果显示,MPR对低温污水中溶解性有机物有一定的降解作用,且发现反应器对难降解的芳香性有机化合物也有降解作用,其降解顺序是先降解取代基,再降解芳香环。     

缓冲液盐度对热提取活性污泥胞外聚合物的影响

采用热提取法提取污泥中微生物细胞外的胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substance,EPS),分析了不同提取时间、提取温度、缓冲液盐度对污泥中EPS提取效果的影响,并采用平行因子模型(PARAFAC模型)分析了不同缓冲液盐度下EPS的荧光组分及特性,探究了缓冲液盐度对热提取污泥EPS的影响.结果表明,缓冲液盐度对热提取EPS的组分和荧光物质的强度均产生影响,0.50%的氯化钠缓冲液盐度条件下松散型EPS(loosely bound EPS,LB-EPS)组分含量及荧光物质最佳,0.05%氯化钠缓冲液盐度条件下紧密型EPS(tightly bound EPS,TB-EPS)的提取效果最佳;当提取时间为40 min,提取温度为70℃时,总EPS含量达(93.26±2.07)mg·g~(-1)(以VSS计);三维荧光结果显示,不同缓冲液盐度条件下污泥中EPS均包含类蛋白质(C1:λ_(Ex)/λ_(Em)=290 nm,302/350 nm)、类色氨酸(C2:λ_(Ex)/λ_(Em)=278 nm,340 nm)、类胡敏酸(C3:λ_(Ex)/λ_(Em)=310 nm,410 nm)和类腐殖酸(C4:λ_(Ex)/λ_(Em)=380/420 nm,474/514 nm)4类荧光组分峰,在溶解性EPS(SMP)和LB-EPS中类色氨酸的荧光强度最高,TB-EPS中类蛋白质荧光强度最高.因此,合适的热提取缓冲液盐度,有利于污泥EPS中各组分的高效提取.     

膜-生物反应器中溶解性有机物的三维荧光分析

采用三维荧光技术研究了膜-生物反应器(MBR)处理生活污水过程及膜污染物中溶解性有机物(DOM)的变化,并与传统的厌氧/缺氧/好氧(AAO)活性污泥工艺进行了对比.结果表明,生活污水DOM中主要的荧光物质有类蛋白质(荧光峰A和B)及类腐殖质(荧光峰C),经MBR处理后,荧光峰的强度降低了16%~35%,同时类蛋白质的结构也发生了变化.与好氧段滤液相比,溶解性膜污染物中类腐殖质含量较低,主要的荧光物质为分子量较小、共轭性较弱的类蛋白质.AAO工艺中厌氧段加强了对荧光峰A和C的去除,处理过程中类蛋白质结构的变化与MBR工艺有显著不同.     

胶州湾围隔实验中溶解有机物三维荧光特征

利用三维荧光激发发射矩阵光谱法(EEMS),测定胶州湾围隔实验中不同营养盐条件下产生的溶解有机物的三维荧光特性.结果显示,浮游植物可产生类蛋白和类腐殖质荧光,类蛋白荧光峰由类酪氨酸(tyrosine-like)荧光峰和类色氨酸(tryptophan-like)荧光峰组成,主要位置为Ex_max/Em_max=270 nm/290～310 nm,Ex_max/Em_max=270～290 nm/320～350 nm的荧光峰强度比较弱;在Ex_max/Em_max=250～260 nm/380～480 nm(A峰)、Ex_max/Em_max=310～320 nm/380～420 nm(C峰)和Ex_max/Em_max=330～350 nm/420～480 nm(M峰)位置均出现零散的类腐殖质荧光峰,其中以A峰为主.类酪氨酸荧光强度明显高于类腐殖质荧光强度.浮游植物量降低时,类酪氨酸荧光强度与叶绿素a浓度呈明显的负相关.硅藻和甲藻产生的类酪氨酸和类色氨酸荧光强度之间具有较好的相关性,两者来源相似, 并且甲藻与硅藻相比能够产生更多的类蛋白荧光物质.不同环境下类腐殖质混合物的组分比例不同,甲藻生长环境下相对于硅藻具有较低的A/C比值.     

运用三维荧光光谱解析高温厌氧产氢反应过程对温度变化的响应

为建立反应器运行状态的荧光光谱快速监测方法,应用三维荧光光谱表征了高温厌氧反应器的出水,采用平行因子分析方法分析后得到3种荧光组分——蛋白质、辅酶NADH和核黄素,并获得它们的激发发射光谱图及相对浓度.结果表明,当温度从50 ℃上升到60 ℃的过程中,3种荧光物质的相对浓度均呈现相应的变化,它们与反应器的运行参数呈现明显相关性.进一步研究表明,核黄素是高温厌氧产氢反应中的特有荧光物质,采用标准加入法和二阶校正方法可以测定其实际浓度,出水中核黄素浓度变化范围为0.04~0.13 mg·L^-1.该研究为厌氧产氢反应器的运行监控提供了理论基础.     

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.     

天然日光辐照下河口区CDOM的光化学降解

2005年5月初和5月末,对经0.2μm滤膜过滤的九龙江口低盐度水样进行了2次每天6h、为期1周的天然日光辐照实验,研究有色溶解有机物(CDOM)的荧光与吸收性质的光化学降解特征.结果表明, CDOM的类腐殖质荧光(λEx/λEm = 350/450nm)、类色氨酸荧光(λEx/λEm = 225/350nm)以及吸收系数在初夏短期日光辐照下均发生明显的光化学降解,其降解过程符合一级动力学方程,相应计算出类腐殖质和类色氨酸荧光以及吸收系数a(280)的半衰期分别为3.5～5.1 d、3.0～4.5 d及6.3 d.吸收损失光谱研究表明,对CDOM光降解起主要作用的是太阳辐射的紫外波段.照射42h后,类腐殖质荧光的损失(70%)远高于吸收系数a(280)的损失(约40%),表明CDOM荧光团比发色团更易被光漂白,但两者之间仍保持良好的正相关性.与对照组相比, CDOM经日光辐照后其A250/A350比值增大,表明光化学降解可使其平均分子粒径变小.结果表明, CDOM在入海后可通过光降解作用在近海海域发生转化及清除,光降解是陆源 CDOM 入海后的一个重要归宿.     

DC反应器处理中药废水过程中出水的光谱分析

采用三维荧光(EEM)与傅立叶红外(FTIR)光谱技术,对不同运行条件下,新型双循环(DC)厌氧反应器处理中药废水的出水情况进行了分析,以期为厌氧反应器的有效监控提供新思路.结果表明,在HRT为24h时,COD去除率为94%左右,平均产气率达到0.37m3CH4/kgCOD,出水的EEM光谱中,Ex/Em=420/470nm处出现了明显的辅酶F420吸收峰;而HRT减少为12h后,虽然COD去除率仍达到90%左右,但出水EEM光谱中,辅酶F420的吸收峰有所降低,并出现了类富里酸的吸收峰,表明不宜再继续减少HRT.当温度由30oC降低为20oC时,温度的变化影响了厌氧污泥的性状,使得出水的FTIR光谱中3400cm-1处的吸收峰由原来的钝峰变为尖峰.而在进水中添加大黄酸后,造成了反应器内有机酸的累积,产甲烷菌活性受到严重影响,出水的EEM光谱中,腐殖酸与类富里酸的吸收峰显著增强.     

不同来源溶解有机质与镉和锑的相互作用

运用紫外-可见吸收光谱和三维荧光光谱结合平行因子分析的荧光淬灭技术,研究了植物、土壤、沉积物和水体4种来源DOM及其不同组分与Cd和Sb的相互作用.结果表明,随着Cd浓度的升高,4种来源DOM的光谱斜率(S275~295)和光谱斜率比(SR)都出现了明显下降,而DOM与Sb反应后其SR和S275~295值变化不明显,说明2种金属与DOM的结合机制有所不同,Cd与DOM的结合促使小分子DOM向大分子转化,而DOM与Sb结合后没有出现分子量的明显增大.对于相同金属处理,不同来源DOM及DOM不同组分荧光强度的变化不同,说明不同来源DOM与Cd和Sb结合的活性组分不同,且不同组分对Cd和Sb的络合能力差异较大.另外,在Cd处理中,Ex/Em= 301nm /346nm处的类蛋白组分的荧光强度变化有所波动,说明与类腐殖质组分相比,某些类蛋白组分与Cd形成的络合物稳定性较差.