不同离子条件对提取沉积物中水溶性有机质光谱特性的影响

水溶性有机质(WSOM)是环境中溶解性有机质(DOM)的重要组成部分,对WSOM化学特性的研究有助于了解环境中DOM对污染物环境归趋的作用.本文利用紫外-可见吸收光谱法(UV-vis)及三维荧光光谱法(3D-EEM)分析了3种不同来源沉积物的WSOM在不同种类及浓度离子浸提液中的光谱特性差异,以揭示天然水化学离子种类及浓度对提取沉积物中WSOM光谱特性的影响.UV-vis光谱分析结果表明:①WSOM在SO■及K~+浸提液中的溶解性有机碳(DOC)含量及其芳香度较高,在Cl~-及K~+浸提液中的有色溶解性有机质(CDOM)丰度高,在NO~-_3、Na~+浸提液中的富里酸含量较高、分子量较小;②浸提液中WSOM的DOC含量及其芳香度、CDOM丰度随离子浓度增加呈先增后减的趋势,同时大颗粒WSOM比例逐渐增加.通过3D-EEM光谱数据结合平行因子分析法发现,沉积物(城市内湖)中WSOM主要由4种荧光组分组成,即可见腐殖酸(C1)、土壤富里酸(C2和C3)、微生物源类腐殖质(C4).4种荧光组分在SO■、K~+浸提液中的荧光强度较高,且随离子浓度增加WSOM的荧光强度、类蛋白物质及类腐殖物质浓度均表现为高浓度受抑制的现象,这一点与吸收光谱数据一致.     

DOM结构特征及其对17β-雌二醇光降解的影响

参照国际腐殖酸协会(IHSS)推荐的方法从滇池底泥提取出胡敏酸(HA)和富里酸(FA),以Sigma Aldrich胡敏酸(SAHA)为参照,利用元素分析、13C核磁共振和紫外-可见光谱对HA和FA的来源和结构进行了表征,并探讨了3种溶解性有机质(DOM)对17β-雌二醇(E2)光降解的影响.结果表明:HA、FA和SAHA具有相似的元素组成,3种腐殖酸的(N+O)/C值分别为0.50、0.82和0.55,与核磁共振13C谱分析的极性指数(0.32、0.42和0.33)一致.HA和FA来自于内源,具有较高的N含量和较多的缔合芳香结构,而SAHA是外源性有机质,具有更高的芳香度.低浓度的3种腐殖酸均能促进E2发生服从准一级动力学规律的光化学降解过程.E2在纯水中光降解速率为0.0071h-1,而在5mgC/L的HA、FA和SAHA作用下,E2光降解速率分别为0.0597、0.1178和0.2048h-1.3种腐殖酸促进E2光降解能力的差异主要是由含氧能团和芳香结构含量差异所致.活性氧分子探针鉴定显示HO?是腐殖酸体系受光照后产生的一种重要活性氧,其氧化降解E2的量占到了E2降解总量的70%左右.与低浓度腐殖酸相比,高浓度的3种腐殖酸均会对E2光降解产生抑制作用.     

污泥厌氧过程中磷释放与SMP特性研究

以城市污水处理厂剩余污泥为实验污泥,研究污泥厌氧过程中磷释放和溶解性微生物代谢产物（SMP）的变化特性,检测了不同厌氧时长下总磷（TP）,SMP中蛋白质与多糖含量,利用三维荧光光谱与液相色谱-有机碳测定仪（LC-OCD）进一步探究了SMP的组分分布状况,应用灰色关联度分析了TP与各组分的相关性.结果表明：随着厌氧时间延长,蛋白质,多糖浓度逐渐增加,TP浓度呈现先增大后减小的趋势,TP浓度在厌氧4d最高,达到14.15mg/gVSS,说明污泥厌氧过程中存在最优释磷时间;将三维荧光光谱分为7个荧光区域,平行因子（PARAFAC）分析表明紫外光区类富里酸和类腐殖酸物质荧光强度随着厌氧时间的延长逐渐增大,微生物代谢产物的荧光强度先增大后减小;SMP中生物高聚物和腐殖酸（Humics）等大分子物质浓度逐渐增大,中分子前驱物呈现先增大后减小的趋势,而小分子物质呈现先减小后增大的趋势;蛋白质、多糖和Humics浓度与TP浓度的关联性显著.研究结果可为优化污泥厌氧释磷,提高磷回收效率提供理论支持.     

不同下垫面雨水径流溶解性有机物特性

为明晰不同下垫面雨水径流中溶解性有机物特性差异,采用三维荧光光谱、同步荧光光谱及树脂分级等方法对北京市城市道路、屋面、广场、绿地4种下垫面径流DOM进行分析.分析发现,下垫面类型影响径流DOM浓度、物质组成及化学组分分布;道路、屋面初期径流DOC浓度较高,并随产流时间增加而逐渐降低,而绿地径流DOC浓度随产流时间增加而增加,广场径流DOC浓度则始终保持较低水平;路面交通活动、大气沉降作用等使道路、屋面和广场等硬化下垫面径流DOM主要由类富里酸和类芳香蛋白物质组成,且以疏水性化学组分为主,其中疏水中性和疏水酸性组分占比较高;受土壤冲刷有机质影响, 绿地径流DOM除含类富里酸和类芳香蛋白物质外,还含有大量腐殖质和生物源蛋白物质,以亲水性化学组分为主,且主要为亲水中性和亲水酸性组分.     

溶解性有机质对菲在沉积物上吸附与解吸性能的影响

采集了北京通州凉水河(标记为L)以及广东东江流域(标记为D)的沉积物,并进行菲(Phe)的连续吸附-解吸实验,研究了不同含量及组成的溶解性有机质(DOMs)对其吸附与解吸性能的影响.结果表明,DOMs能明显抑制菲在沉积物上的吸附,在实验浓度范围内(0~110mg/L),菲在沉积物上的吸附量与DOC浓度呈显著的负线性相关,并且DOC浓度越高,对吸附作用的抑制越显著.在溶解性有机质存在条件下,菲在2种沉积物上的吸附均呈线性吸附特征,kd值随加入沉积物浸出液DOC浓度的减小呈增大的趋势.菲在2种沉积物上的解吸过程均呈现一定的迟滞性,其解吸迟滞性可用热力学指数TII来描述.随着菲初始浓度的增加,TII值先减小后增加,其变化可以用吸附在高低位点上的菲分子比例以及菲分子是否能够被禁锢在吸附剂微孔内部来加以解释;溶解性有机质的存在,能促进菲从沉积物上的解吸,从而使菲的解吸滞后性减弱, 增强其在水环境介质中的迁移与传输能力.     

北运河水体中荧光溶解性有机物空间分布特征及来源分析

利用激发发射矩阵荧光光谱(EEMs)并结合平行因子分析(PARAFAC),研究了北运河荧光溶解有机物(fluorescent dissolved organic matter,FDOM)的荧光组分及其空间分布特征,并对各河段FDOM的来源进行了分析.结果表明,北运河水体FDOM的组分中,代表类腐殖物质的组分含量较多,占总荧光强度平均比例的76.18%,而类蛋白质物质占23.82%.各组分荧光强度与氮、磷等污染物呈显著相关关系,说明FDOM与氮、磷等元素的迁移转化有关系;溶解性有机质呈现出明显的空间分布格局,从上游到下游为先降低后升高.上游区域的FDOM含量受工业废水和沿岸农业径流的影响,溶解性有机质含量较高;中游区域主要受少量生活废水排放的影响,溶解性有机质含量较低;下游区域FDOM来源于周边畜禽养殖废水、生活污水、乡镇工业废水和农田退水等,该区域类蛋白物质的相对丰度明显增加,溶解性有机质含量最高.污水处理厂出水中DOM的含量较高,表明污水处理效果有待进一步提高.     

基于光谱色谱分析热解温度对沼渣生物炭DOM组成特性的影响

为探究沼渣基生物炭溶解性有机质（DOM）的组成特性,以厌氧发酵沼渣为原料,在300、400、500、600和700℃热解温度下制备了生物炭,利用紫外-可见光谱、三维荧光光谱以及反相高效液相色谱等手段,研究了生物炭中DOM的组成特性.结果表明:热解温度影响生物炭DOM的组成,随着热解温度的升高,生物炭DOM中溶解性有机碳含量出现大幅降低,由300℃时的33.2 mg/g降至700℃时的0.7 mg/g.生物炭DOM的芳香性和分子量呈先增后减的变化趋势,400℃时其芳香性和分子量最大;在300~500℃热解范围内,生物炭DOM主要与类腐殖质有关,在600~700℃热解温度范围内,生物炭DOM主要是类色氨酸物质;液相色谱分析显示,在254 nm波长处洗脱出4种芳香物质,280 nm波长处洗脱出5种醌基物质,其中4种醌基结构物质赋存在芳香结构中.研究显示,沼渣生物炭DOM的组成与热解温度密切相关,不同的热解温度会影响DOM的芳香性、分子特性、腐殖化程度、亲水性及极性等特征,光谱和色谱分析法可有效表征DOM的不同结构性质.      

乌梁素海沉积物溶解性有机质荧光光谱特性

采用三维荧光光谱技术(3DEEM)研究了乌梁素海沉积物溶解性有机质的结构组成特征.结果表明,乌梁素海沉积物溶解性有机质出现了6种荧光峰,分别代表类蛋白荧光物质和类富里酸荧光物质,且不同湖区沉积物溶解性有机质结构组成具有一定差异性.乌梁素海沉积物DOM的荧光指数处于1.74~1.96之间,及其DOM来源具有陆源和内源的双重特性,其中陆源主要来自西部河套灌区农田退水输入,内源主要来自芦苇等大型挺水植物死亡腐烂分解.因此,控制河套灌区农田退水排入以及抑制芦苇等挺水植物大量生长是保护乌梁素海生态环境和控制其富营养化的有效措施.     

呼伦湖表层沉积物有机质的释放效应分析

沉积物有机质是湖泊物质循环的重要组成部分之一,研究沉积物有机质的赋存和迁移转化特征对于湖泊生态保护具有重要意义.以位于我国寒旱区的蒙新湖区典型代表湖泊——呼伦湖为例,利用连续提取法、三维荧光激发发射矩阵光谱-平行因子法（EEMs-PARAFAC）和碳稳定同位素（δ13C）、碳氮比值（C/N）指标测定,并结合室内模拟试验,研究了呼伦湖表层沉积物有机质的赋存特征、释放效应及影响因素.结果表明:①呼伦湖表层沉积物有机质含量在26.67~38.09 g/kg之间,其主要组分为胡敏素（HM）,HM占沉积物有机质的相对比例为74.1%.沉积物有机质主要来自于陆源,陆源相对贡献率在80%左右.②沉积物室内静态释放模拟试验结果表明,沉积物有机质释放会导致上覆水中溶解性有机质（DOM）浓度和组分均发生改变,上覆水中溶解性有机碳（DOC）浓度由30.85 mg/L升至37.57 mg/L,类腐殖质组分所占比例升高.沉积物有机质释放还导致上覆水中氮磷浓度升高,其中溶解性总氮（DTN）和溶解性总磷（DTP）的浓度分别升高了0.89和0.16 mg/L.③近年来,呼伦湖流域温度升高,导致呼伦湖沉积物有机质的释放效应增强.研究显示,虽然呼伦湖沉积物有机质主要以难降解组分为主,但是其释放效应对水体碳、氮、磷浓度的影响仍然不容忽视.      

不同源胡敏酸的表征及其对磺胺嘧啶光降解的影响

以国际腐殖酸协会(IHSS)推荐的方法为基础,对四川省绵阳市青义镇泥炭地、水稻田及凋落物覆盖土层中的胡敏酸(HA)进行提取纯化.通过元素组成、紫外-可见光谱、傅里叶红外光谱及三维荧光光谱对各HA样品的结构特性进行对比分析,并探讨各HA对磺胺嘧啶光降解行为的影响.结果表明:泥炭地HA(NTHA)、水稻田HA(SDHA)、凋落物覆盖土HA(LYHA)及市售商品HA(SPHA)均主要由C、H、O、N 4种元素构成,芳香性大小为SPHANTHALYHASDHA;与提取的HA相比,SPHA含有更多的含氮类、芳香类、脂类化合物及含氧官能团,腐殖化程度高,可能含有较多的光活性基团;磺胺嘧啶(SDZ)在黑暗条件下表现出良好的稳定性,而紫外光照条件下发生了缓慢降解,光降解过程符合一级反应动力学;添加不同来源HA后,各体系SDZ的光降解速率均大于纯水溶液,且HA表现出的促进作用大小为SPHASDHANTHALYHA,这可能与各HA的腐殖化程度相关.     

Characteristics of dissolved organic matter （DOM） in leachate with different landfill ages

The main objective of the study was to investigate the characteristics of dissolved organic matter (DOM) in leachate with different landfill ages through the chemical, spectroscopic, and elemental analysis. Humic acid (HA), fulvic acid (FA), and hydrophilic (HyI) fractions were isolated and purified by the XAD-8 resin combined with the cation exchange resin method. The analytical results of fluorescence excitation-emission matrix spectroscopy (EEMs) revealed that the fluorescence peaks were protein-like fluorescence for young landfill leachate, while the fluorescence peaks for medium and old landfill leachate were humic-like and fulvic-like fluorescence, respectively. Elemental analysis showed that carbon, hydrogen, and nitrogen content decreased with landfill age, while the oxygen content increased. Moreover, the nitrogen content in these isolated fractions followed HA ＞ HyI ＞ FA. The results of elemental analysis, FT-IR, and fluorescence EEMs also confirmed that aromatic carbons and portions of aliphatic functional groups were more abundant in leachate samples with increasing landfill age.     

环境因子对腐殖酸诱导双氯芬酸光降解的影响

采用腐殖酸(HA)作为溶解有机质的代表物,考察了HA浓度、p H、离子强度和溶解氧等环境因子对HA诱导双氯芬酸(DCF)光降解的影响。结果表明:DCF在纯水和HA溶液中的光化学降解过程均服从一级动力学规律。与DCF纯水溶液相比,当HA浓度由0增至5. 0 mg C/L时,DCF光降解速率增大,但当HA浓度高于5. 0 mg C/L时,DCF的光降解过程受到抑制。在环境浓度水平(5. 0 mg C/L)下,HA对DCF光降解的诱导作用随DCF初始浓度增大而逐渐减弱。同时,HA对DCF光降解的诱导作用还受到多种水环境因子的影响,其随p H增大先减弱后增强,随离子强度增大而增强,随溶解氧浓度增大而减弱。研究结果可为环境水体中药物的归趋预测及生态风险评价提供依据。     

施用生物质炭对土壤腐殖质组成和胡敏酸结构特征影响

为研究玉米秸秆生物质炭施用后土壤腐殖质组成和土壤胡敏酸结构的变化,选择腐殖质组成修改法和国际腐殖质协会推荐的方法进行土壤腐殖质组分提取和HA样品纯化,采用重铬酸钾外加热法和TOC分析仪测定土壤、水溶性物质(WSS)、富里酸(FA)、胡敏酸(HA)和胡敏素(Hu)有机碳含量,采用元素组成和红外光谱分析HA的结构变化.研究结果表明:施入玉米秸秆生物质炭后,表层和亚表层土壤及其腐殖质组分有机碳含量均有不同程度的提高,表层土壤、WSS、FA、HA和Hu有机碳含量增加幅度较大,分别增加了83.61%、112.50%、89.63%、91.78%和89.82%,说明玉米秸秆生物质炭的施用更有助于表层土壤有机碳的积累;PQ值(HA在腐殖酸中的比例)略有增加;土壤HA的缩合程度和芳香性增强,氧化度降低.此外,施用玉米秸秆生物质炭后,土壤及其腐殖质组分有机碳含量随土层深度的增加而降低,与表层相比,亚表层土壤、WSS、FA、HA和Hu有机碳含量分别下降了62.84%、52.94%、62.38%、66.62%和61.61%;土壤PQ值略有降低;土壤HA的缩合程度和芳香性降低,氧化度增加.     

千岛湖有色可溶性有机物光谱学特征及环境指示意义

有色可溶性有机物的光谱学特征能在一定程度上揭示湖泊溶解性有机物来源及其迁移转化规律,探究其光谱学特征对水质保护具有重要的现实意义.本文基于2018年10月在国家级水源供给水库千岛湖布设的60个采样点进行样品采集,运用光谱吸收及三维荧光,结合平行因子分析等方法揭示该湖有色可溶性有机物的光谱特征及其在空间上的变化,进而揭示有机物来源和迁移转化规律,探讨荧光光谱在水质监测应用等方面的指示意义.三维荧光矩阵经平行因子分析解析获得4种荧光组分包括陆源类腐殖酸C1、类酪氨酸C2、类色氨酸C3及微生物作用的类腐殖质C4.类腐殖质组分C1和C4与溶解性有机碳、有色可溶性有机物特征波长吸收系数a(350)均呈现出由西北入湖河口至其它湖区递减的分布趋势,并且C1和C4与溶解性有机碳、a(350)具有很好的相关性与之印证,说明上游新安江输入是千岛湖有机物的主要来源,类腐殖酸是主要的荧光组分.两种类蛋白组分包括类酪氨酸C2和类色氨酸C3分布均具有高度的空间异质性,高值均集中分布在靠近淳安县的湖心区及大坝附近的东南湖区,且该两个组分与叶绿素a浓度无显著相关性.从上游新安江河口至下游大坝出水口方向类腐殖酸组分所占比重逐步减小,而类蛋白组分所占比重增大.结合对该湖周边城镇居民用地分析表明湖心区及东南湖区类蛋白组分一定程度上可能来源于淳安县居民区生活污水的排放;同时,来自上游的类腐殖酸不断稀释及光降解转化为类蛋白组分可能是荧光光谱组成空间变化的又一个原因.C1为主要的荧光信号并与溶解性有机碳、a(350)及叶绿素a浓度具有更好的线性拟合优度,说明陆源类腐殖酸C1相比于其他荧光组分对有机物反演更为准确灵敏.由此表明,千岛湖有色可溶性有机物荧光光谱对有机物来源和迁移转化规律及水质监测等方面具有重要的环境指示意义.     

可溶性有机物对四溴双酚A的增溶作用研究

用批平衡法研究了污水处理厂进、出污水中提取的可溶性有机物（DOM）和商用腐殖酸（HA）等3种DOM对四溴双酚A（TBBPA）的增溶作用,并用红外、紫外吸收、元素组成、分子大小分布、扫描电镜等对DOM进行结构表征.结果表明,增溶作用受DOM结构、分子大小以及溶液离子强度的影响,并且与TBBPA形态有关.进水DOM和出水DOM对TBBPA的增溶等温曲线呈非线性,可用Langmuir方程描述,结合系数（K_doc）分别为1.19×10⁵L·kg^-1和1.27×10⁵L·kg^-1,其中的大分子DOM（相对分子质量>1 000）对TBBPA的增溶等温曲线呈线性,主要机制为分配,非线性变化由小分子DOM（相对分子质量<1 000）造成,进出水中小分子DOM的增溶能力（K_doc）比大分子高约55%,增溶贡献率也更大（75%～80%）.增溶作用同时受溶液离子强度影响,离子强度低时促进增溶作用,随着离子强度增大而引起DOM聚合、絮凝等降低了增溶效果.     

Improving biodegradation potential of domestic wastewater by manipulating the size distribution of organic matter

Carbon source is a critical constraint on nutrient removal in domestic wastewater treatment. However, the functions of particulate organic matter (POM) and some organics with high molecular weight (HMW) are overlooked in the conventional process, as they cannot be directly assimilated into cells during microbial metabolism. This further aggravates the problem of carbon source shortage and thus affects the effluent quality. Therefore, to better characterize organic matter (OM) based MW distribution, microfiltration/ultrafiltration/nanofiltration (MF/UF/NF) membranes were used in parallel to fractionate OM, which obtained seven fractions. Hydrolysis acidification (HA) was adopted to manipulate the MW distribution of dissolved organic matter (DOM) and further explore the correlation between molecular size and biodegradability. Results showed that HA pretreatment of wastewater not only promoted transformation from POM to DOM, but also boosted biodegradability. After 8 hr of HA, the concentration of dissolved organic carbon (DOC) increased by 65%, from the initial value of 20.25 to 33.48 mg/L, and the biodegradability index (BOD5 (biochemical oxygen demand)/SCOD (soluble chemical oxygen demand)) increased from 0.52 to 0.74. Using MW distribution analysis and composition optimization, a new understanding on the characteristics of organics in wastewater was obtained, which is of importance to solving low C/N wastewater treatment in engineering practice.     

高锰酸钾对水中天然有机物氯化活性的影响

利用树脂分离技术将水中天然有机物分为腐殖酸(HA)、富里酸(FA)、亲水酸(HPIA)和其它亲水物质(HPI-NA)等4部分,研究了高锰酸钾对不同有机组分卤代活性的影响.结果表明,高锰酸钾增加了腐殖酸和其它亲水物质加氯的卤代活性,降低了富里酸和亲水酸的卤代活性,如投加0.75 mg/L高锰酸钾时,腐殖酸和其它亲水物质的卤代活性增加了39.3%和13.8%,而富里酸和亲水酸卤代活性降低了33.6%和46.9%;通过对SUVA的考察可知,高锰酸钾增加了腐殖酸和其它亲水物质的碳碳不饱和双键的含量,使其卤代活性增     

不同有机物料对黑土腐殖质元素组成及结构的影响

 利用元素分析仪及红外光谱仪研究施用不同有机物料对黑土腐殖质元素组成及结构影响的差异性.结果表明:与对照(CK)相比,有机物料施用5a后,黑土胡敏酸(HA)中C、H含量均显著降低,并以木本处理作用最显著.除动物粪便处理HA中N含量与CK相等外,其余有机处理N含量均显著高于CK,施用动物残体则使HA中O含量显著降低.施用草本残体可以提高富里酸(FA)中N含量.动物残体使FA中H含量显著降低.施用草本残体、木本残体使FA中C含量升高,O含量影响降低.有机物的施用使铁结合胡敏素(HMi)中C、H含量下降而使O含量上升,并以草本处理作用最显著,同时草本处理也使HMi中N含量降低.与CK相比,施用动物粪便、木本残体提高了粘粒结合胡敏素(HMc)中C、N含量而降低了O含量,有机物料施用5a后均使黑土HMc中H含量降低,且各处理之间差异显著.与CK相比,有机物料施用五年后均使HA及FA脂族性减弱,并以草本残体处理影响最明显.对于HMc,施用有机物料有利于提高其脂族性,同时使芳香C=C振动减弱,并且以木本处理影响最明显.有机物料施用5a后使HMi的羟基含量及碳水化合物减少,而使其脂族性提高.试验结果证实,不同有机物料处理对黑土腐殖质各组分特征的影响有明显差异.     

Effects of artificially induced complete mixing on dissolved organic matter in a stratified source water reservoir

Naturally complete mixing promotes the spontaneous redistribution of dissolved oxygen(DO), representing an ideal state for maintaining good water quality, and conducive to the biomineralization of organic matter. Water lifting aerators(WLAs) can extend the periods of complete mixing and increase the initial mixing temperature. To evaluate the influence of artificial-induced continuously mixing on dissolved organic matter(DOM) removal performance, the variations of DOM concentrations, optical cha...     

热、热碱处理对污泥溶胞和溶解性有机物的影响

污泥有机物的水解是厌氧消化过程中的限速步骤,预处理可以有效地将污泥固体有机物转化为溶解态有机物,从而提高有机物降解速率和甲烷转化速率.本文研究了热、热碱处理(两种常用的预处理方法)对污泥溶胞释放溶解性有机物的组成、相对分子质量分布和结构的影响.结果表明,热、热碱处理均能大量释放溶解性有机物,相比对照组污泥,溶解性化学需氧量可分别增加21.9倍(热处理)和47.8倍(热碱处理).两种预处理会改变溶解性有机物相对分子质量分布,且含量最多的有机物相对分子质量减小.两种预处理均对污泥溶解性有机物中的主要组分(蛋白质)有水解作用,且热碱处理效果更显著.三维荧光光谱分析表明溶出的有机物中溶解性微生物副产物类物质和胡敏酸类物质难以被两种预处理进一步水解.另外,两种预处理不仅使污泥溶解性物质中出现新的有机结构,还会使原有的有机结构发生变化,甚至消失.