太湖水体溶解性有机质荧光特征及其来源解析

利用三维荧光光谱(3DEEM)-平行因子分析(PARAFAC)技术,通过野外现场调查和室内模拟实验,分析富营养化湖泊(太湖)水体溶解性有机质(DOM)组成结构、分布规律及其来源,进一步研究藻类和水生植物残骸腐烂分解以及沉积物释放对水体DOM荧光组成特征的影响.结果表明:1太湖水体各个湖区DOM主要以类色氨酸物质(T1、T2峰)为主,竺山湾还存在类腐殖质和类富里酸物质,其荧光指数(f450/500)为1.53±0.06,接近陆源f450/500值(1.4),DOC浓度全湖最高((7.13±2.45)mg·L-1),兼具陆源与生物来源的双重特性.2太湖藻类DOM组成丰富,出现了7种荧光组分,主要为类腐殖质、类富里酸和类蛋白物质(包括类色氨酸和类酪氨酸),藻类腐烂分解后,紫外区类色氨酸T2峰和类酪氨酸B2峰消失,其他类蛋白物质和部分易降解的类富里酸物质向水体中释放,其中A峰和C峰所代表的类富里酸物质降解率较高,分别降解了70.3%和41.0%.3水生植物DOM以类腐殖酸物质为主,其残骸腐烂分解后DOM由陆源类腐殖质向类腐殖酸物质转化.4沉积物DOM出现了5类荧光峰,兼具外源污染的类富里酸荧光C峰和A峰,同时含有生物来源的B1、B2、T2类蛋白荧光峰,随其降解时间的增长,T2荧光峰消失,B1、B2荧光物质降解率分别高达86.5%和82.5%,而C峰和A峰分别上升25.1%和1.5%,沉积物降解过程中大量类蛋白物质向上覆水体中释放,同时部分类蛋白物质向着更稳定的类富里酸物质转化.因此,外源输入和内源负荷(藻类和水生植物残骸腐烂分解以及沉积物释放等)对湖泊水体DOM组成结构以及富营养化过程具有重要影响.     

辽河流域与英国中部河湖水体中溶解有机质的荧光特性

运用三维荧光光谱技术对辽河流域和英国中部水体中溶解有机质(DOM)的荧光光谱特性进行了分析.结果表明,辽河流域各研究水体中DOM包含4种荧光组分,即类色氨酸、类酪氨酸、可见光区和紫外光区类腐殖质,通过对荧光特性定量指标的分析可知,辽河流域各研究断面水体中类腐殖质物质内源作用大于陆源,DOM具有较强的新近自生源,各河流水体中DOM腐殖化程度顺序为:浑河中游海城河中游蒲河下游太子河下游.相比之下,英国河湖中,除了River Tame含有以上4种荧光组分外,其它水体中均没有发现类酪氨酸荧光物质,甚至在River Tern中仅含有类腐殖质荧光物质,河湖中DOM含有较少的新近自生源组分,以陆源影响为主.另外,辽河流域水体中类蛋白与类腐殖质荧光峰强度比值大于英国各河流水体的平均值.由此可以推断,辽河流域各研究断面大量污染物的输入,是造成其严重内源污染的主要原因,从而使水体中DOM含量增加,英国各河流断面其DOM主要来自于水体本身存在的大量微生物和浮游植物的代谢活动以及土壤有机质经雨水的冲刷流入水体的贡献.     

填埋初期水溶性有机物结构受电子转移的影响

采集填埋初期的生活垃圾并提取DOM,以希瓦氏菌MR-1和柠檬酸铁(FeCit)分别作为电子供体和电子受体,利用三维荧光光谱(EEM)结合平行因子分析(PARAFAC)对电子转移前后DOM结构变化进行解析,以期揭示DOM电子转移对其结构的影响.PARAFAC模型揭示DOM由4个荧光组分组成,组分1(类色氨酸)和组分3(类酪氨酸)为类蛋白物质且其是DOM荧光的主要贡献成分,组分2(类富里酸)和组分4(类胡敏酸)为类腐殖质物质.类蛋白物质的荧光增强效应源于结构上含氮的杂环结构被破坏,疏水性增强.类腐殖质物质得到电子后其结构上的部分羰基变为醇基,荧光强度增加,且其荧光增加幅度在填埋过程中呈降低的趋势.类蛋白物质具有供电子能力,但其失去电子后结构改变荧光完全被猝灭.类腐殖质物质同样是DOM具有供电子能力的功能性组分且其荧光猝灭幅度受控于其结构上羧基和酚基等供电子基团的含量.类蛋白物质失去电子后不能重新被微生物还原返回原态,类腐殖质物质部分基团具有循环氧化还原能力,DOM的电子穿梭能力源于类腐殖质物质且随填埋的进行不断增强.     

污水厂深度处理过程中有机物三维荧光光谱的平行因子分析研究

基于三维荧光光谱考察了污水厂深度处理过程中溶解性有机物(DOM)的荧光组分特征,结合平行因子分析(PARAFAC)解析出3个荧光组分,包括2个腐殖质类物质(C1、C3)和1个色氨酸类蛋白物质(C2).臭氧工艺对组分C1、C2、C3去除率分别为69.1%、71.5%和66.5%,表明臭氧对DOM有较好去除效果.三维荧光光谱结合PARAFAC分析能够较好反映水中DOM的去除情况,有利于污水处理效果的定性分析、定量评价,易于实时在线监测.     

微生物降解影响下湖泊草源DOM与重金属的相互作用

通过微生物降解实验以及荧光滴定法研究草源溶解性有机质（DOM）光谱特性的不同以及铜（Cu）与草源DOM在微生物降解影响下的相互作用.三维荧光光谱结合PARAFAC分析显示,草源DOM含有3个荧光组分,新鲜的草源DOM以类蛋白质组分C2为主,微生物降解之后类腐殖质组分C1和C3成为草源DOM中的主要物质.二维相关光谱（2D-COS）,表明类蛋白物质在微生物降解过程中比类腐殖物质有着更高的敏感度和更快降解速率.并且随着Cu的增加,草源DOM中所有组分的荧光强度在微生物降解前后均发生明显猝灭.草源DOM原始样品中类腐殖质组分的络合常数大于类蛋白质组分,说明相比于类蛋白质组分,原始草源DOM中的类腐殖质组分有着更高的金属结合能力.而类蛋白质组分的络合常数在微生物降解之后的草源DOM中却高于类腐殖质组分.微生物降解对草源DOM的光谱特性以及金属结合能力有着显著影响,并对湖泊中重金属的生物有效性以及生态风险有着重要的意义.     

微生物降解影响下湖泊草源DOM与重金属的相互作用

通过微生物降解实验以及荧光滴定法研究草源溶解性有机质（DOM）光谱特性的不同以及铜（Cu）与草源DOM在微生物降解影响下的相互作用.三维荧光光谱结合PARAFAC分析显示,草源DOM含有3个荧光组分,新鲜的草源DOM以类蛋白质组分C2为主,微生物降解之后类腐殖质组分C1和C3成为草源DOM中的主要物质.二维相关光谱（2D-COS）,表明类蛋白物质在微生物降解过程中比类腐殖物质有着更高的敏感度和更快降解速率.并且随着Cu的增加,草源DOM中所有组分的荧光强度在微生物降解前后均发生明显猝灭.草源DOM原始样品中类腐殖质组分的络合常数大于类蛋白质组分,说明相比于类蛋白质组分,原始草源DOM中的类腐殖质组分有着更高的金属结合能力.而类蛋白质组分的络合常数在微生物降解之后的草源DOM中却高于类腐殖质组分.微生物降解对草源DOM的光谱特性以及金属结合能力有着显著影响,并对湖泊中重金属的生物有效性以及生态风险有着重要的意义.     

丰水期渤海湾水体中DOM的分布特征及来源

为了解丰水期渤海湾水体中污染物的来源,采用三维荧光光谱和紫外光谱,结合平行分子模型和相关性分析研究了渤海湾水体中DOM（溶解性有机质）的分布特征和来源,以期间接了解其他污染物的来源.结果表明：渤海湾水体DOM对荧光强度贡献率表现为近岸海域高,而远离海岸的海域低.DOM荧光光谱主要有高激发光色氨酸（S峰）、低激发光色氨酸（T峰）、类腐殖酸（A峰）和类富里酸（C峰）这四类荧光峰,类蛋白类荧光峰（S峰和T峰）在研究海域北部荧光强度贡献率较高,类腐殖质类（A峰和C峰）呈现近海岸高、远离海岸低的特征;渤海湾和入海河流荧光指数（FI）均在1.4左右,说明类腐殖质主要受到外源影响,大部分显示出强腐殖质化特征（HIX >3.0）,只有子研究区北部区域由于藻类暴发显示出强自生源特征（BIX >1.0）.紫外特征吸收波长结果显示渤海湾近岸海域类富里酸和类腐殖酸对紫外吸收系数的贡献率（20.18±4.04）%显著低于入海河流中的类富里酸和类腐殖酸贡献率（26.43±3.85）%,可能是由于入海河流输入DOM受到了海水盐度作用,高盐度海水会使DOM产生絮凝作用,随着悬浮物汇入海底沉积物中,使DOM中类富里酸和类腐殖酸对紫外吸收系数的贡献率降低.整体上渤海湾水体中DOM在丰水期受到外源河流输入影响较为显著,应加强对外源输入河流污染物的控制和管理.     

褐水厌氧共消化中DOM荧光光谱特征及效应研究

文章以褐水(粪便)为底物,研究了不同共基质添加对厌氧消化甲烷产量的影响,并对过程中溶解性有机物(DOM)的三维荧光特征进行探究,研究了有机组分的变化对产甲烷的影响关系。结果表明,花生秸秆共消化组和褐水单消化组的累积甲烷产量分别为649和309 mL/g VS。采用三维荧光光谱结合平行因子分析发现,褐水单独消化和共消化过程的DOM均以微生物内源性产生为主。厌氧消化后,各反应器中色氨酸类蛋白荧光峰强度均显著降低,褐水单消化组的类腐殖质有所增加。4组条件消化全过程的DOM含有4个组分:紫外腐殖酸类、微生物源腐殖酸类、色氨酸类和酪氨酸类。褐水单消化组的类蛋白质组分(色氨酸、酪氨酸类)荧光强度综合较低,腐殖质类组分荧光强度相对较高,难以生物降解,这导致了厌氧效率不佳。共基质添加可以调节体系碳氮比和溶解性有机物含量,降低褐水厌氧消化中的类腐殖质的比例,并提高甲烷产率。     

利用荧光区域积分法解析鄱阳湖DOM组成及来源

文章采用三维荧光光谱技术结合荧光区域积分(FRI)研究了鄱阳湖典型消落带水体、土壤、植物中的溶解性有机质(DOM)光谱特性,分析了DOM组成、腐质化程度、污染来源与其他水质指标之间的相关性。通过荧光区域积分法将荧光光谱图划分为5大类,进行了区域积分计算及分析。通过分析三维荧光光谱特征峰,探讨了鄱阳湖消落带的水体、土壤、植物中DOM的区别与联系。结果表明:鄱阳湖水体的三维荧光峰主要有4类,湖水的DOM主要为陆源输入为主,受人类活动影响较小。土壤的三维荧光峰主要有6类,A、C、B、T、D、E,且A、C峰强度较水体中较强,类蛋白峰相比水体较弱;土壤中DOM腐质化程度高,且分子量较大;植物中含有荧光峰种类更多,且有植物蛋白,植物中的DOM的含量较水体和土壤高。龙口南荻和龙口芦苇的r_(A/E)、r_(C/E)1,类富里酸物质含量小于类色氨酸物质。其余的植物样品中r_(A/E)、r_(C/E)1,DOM中类富里酸物质含量大于类色氨酸物质。     

PARAFAC和FRI解析ISI中DOM分布

利用平行因子分析（PARAFAC）和荧光区域积分（FRI）的方法解析三维荧光光谱（3D-EEMs）,结合主成分分析、相关性分析、聚类分析和多元线性回归分析,研究了曝气预处理改良土壤渗滤系统（ISI）处理生活污水时溶解性有机物（DOM）的垂直分布特征.根据FRI分析,ISI中DOM可以分为5个荧光区域,包括3个类蛋白物质区域（I、Ⅱ、IV）和2个类腐殖质物质区域（Ⅲ、V）.沿着垂直方向向下,ISI中DOM有溶出的现象,导致总荧光区域积分体积（TOT）与TN、TP、NH₄⁺-N、COD、TOC等都呈现显著负相关的关系,而与EC呈现显著正相关关系,其中荧光区域V与NO₃^--N浓度呈显著正相关的关系,氮素去除与DOM组成之间关系密切.通过进一步做PARAFAC分析表明,可以从DOM中识别出四种荧光组分,分别为C1类富里酸类物质和C2、C3、C4类蛋白类物质.荧光组分浓度得分值F_max表明,ISI对物质降解由易到难依次为C2 > C4 > C1、C3,即类酪氨酸最易降解,其次为类色氨酸类物质和类富里酸类物质.根据多元线性回归分析,可以用F_max间接表征TN、TP和COD等水质指标的浓度.     

Three-dimensional fluorescence spectral characterization of soil dissolved organic matters in the fluctuating water-level zone of Kai County, Three Gorges Reservoir

Three-dimensional fluorescence spectroscopy was used to investigate the fluorescent properties of soil dissolved organic matter (DOM) in the water-level-fluctuation zone (WLFZ) of Kai County, Three Gorges Reservoir (TGR). Most of the soil DOM analyzed in this study was found to contain four fluorescence peaks. Peaks A and C represent humic-like fluorescence, whereas peaks B and D represent tryptophan-like fluorescence. Peaks E and F, which represent tyrosine-like fluorescence, only appeared in certain soils. Soil humus was the main source of DOM in soil, and higher concentration of soil DOM was found in the exposed soil than submerged soil. Compared to the peaks A and B, the fluorescence intensities of peaks C and D were strongly influenced by the fluctuating water level. Analysis of fluorescence intensities of different peaks in soil DOM showed that WLFZ soil was not contaminated significantly. Soil DOM contained at least two types of humic-like fluorescence groups and two types of protein-like fluorescence groups. The proportion of the content of peak A in soil organic matter was quite stable. The soil DOM in exposed soil had relatively high humification and aromaticity, and periodic submerging and exposure of soil had an impact on the humification of soil DOM.     

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.     

西安市降雪中DOM荧光特性和来源分析

利用三维荧光光谱、平行因子分析模型和后向轨迹模型等,分析西安市降雪中溶解性有机物(DOM)的荧光特性和来源,研究结果可为大气有机污染物的化学组成和来源分析提供数据基础.结果表明,降雪DOM的DOC含量为0. 88～10. 92mg·L~(-1),主要含有类腐殖质、类富里酸、类色氨酸和类酪氨酸,它们荧光强度及其总和与DOC和UV_(254)呈显著正相关(P 0. 01).降雪过程中DOM的荧光指数(FI)、生物源指数(BIX)和腐殖化指数(HIX)值分别为1. 50～1. 75、0. 87～1. 25和1. 11～1. 97,且FI与BIX和HIX分别呈正相关和负相关(P 0. 05).降雪期间气团传输轨迹包括:本地源、起始于新疆(途经甘肃、宁夏)的长距离传输、起始于内蒙古(途经宁夏)和山东(途经河南)的中距离传输,分别占总量的38. 78%、24. 04%、19. 87%和17. 31%.结果也表明,可利用代表类腐殖质、类富里酸、类色氨酸和类酪氨酸荧光峰的荧光强度与其总和表征降水中DOM的含量或相对含量,降雪中DOM兼具生物源和陆源,属于自生来源且有机质为新近产生或具有较强自源特征,本地源对降雪DOM的来源贡献最为显著.     

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.     

乌江水库水体中有机胶粒的三维荧光特征研究

超滤与三维荧光光谱的结合可以表征不同类型荧光物质相对分子量的分布规律,揭示它们的来源以及组分差异.本项研究用截留相对分子量为1 000和10 000的再生纤维素超滤膜,对乌江水库不同深度水体中的溶解有机质进行了分离,利用三维荧光光谱表征了3种不同相对分子量组分中发荧光有机质的光谱特征.结果表明:荧光物质主要存在于真溶液(＜1 000)中.水体在丰水期和枯水期的荧光峰存在差异.丰水期主要存在4种类型的荧光峰:类富里酸荧光A峰和C峰,类蛋白荧光峰B峰和D峰.枯水期则只表现出3种类型的荧光峰,类富里酸荧光峰C不明显,原因可能是此时水库处于蓄水状态,内部生物活动作用显著,产生的类蛋白荧光物质强度较大从而掩盖峰C的强度.然而72 m以下由于厌氧还原条件的出现,沉积物向水体释放了溶解有机质组分,原本强度被掩盖的荧光峰C明显出现在1 000～10 000组分中.     

河北洨河溶解性有机物光谱学特性

基于荧光光谱、紫外吸收光谱与水质基本化学指标,联合主成分分析与相关性分析,对典型城市纳污河流——河北洨河的溶解性有机物(DOM)进行光谱学特性研究.结果表明,河流水体中DOM主要有类蛋白和类腐殖质两类,其中含氮化合物及DOM与水体COD之间相关性较高,尤其以氨氮对类腐殖质贡献较大.因此降低洨河水体中COD可通过减少氨氮与DOM来实现,同时此两类指标也应作为日后水体监控指标.干流水体样品中DOM下游相对上游类蛋白逐渐减少,而类腐殖质则呈现增加的趋势,并以类胡敏酸为主要存在形式.代表支流4种样品中,S1、S2水体DOM主要以类胡敏酸为重要成分,其组成有机物多为大分子量、芳香性高的有机物质,而S3、S6水体中主要为相对易降解的类蛋白,其相对分子质量相对较小、芳香性程度较低.针对代表支流的4个污水处理单位出水水体中的DOM特征,建议S1与S2应添加或改进对大分子物质有较好去除效果的膜处理设备,以加强对水体中相对难降解类腐殖质物质的去除;S3与S6应优化相关厌氧与好氧生物处理工艺,从而提高易降解的类蛋白物质的去除能力.     

NO3-对二级出水DOM与Cu2+络合作用的光谱特性影响

利用三维荧光光谱法和紫外分光光度法,研究NO₃^-对二级出水DOM与Cu²⁺络合作用的光谱特性和络合能力的影响.随投加NO₃^-浓度增加,二级出水DOM与Cu²⁺络合作用后代表类蛋白质（类色氨酸）物质荧光峰消失,紫外吸收峰右侧红移.投加NO₃^-浓度与二级出水DOM和Cu²⁺络合作用后的HIX、α₃₀₀、α₂₅₀/α₃₆₅、E₃/E₄和UV₂₅₃/UV₂₀₃值呈显著正相关,与BIX显著负相关（r为-0.958~-0.719）,与S_240-400和S_275-295值分别呈指数增加和指数减少关系（R²分别为0.9678~0.9952和0.9965~0.9978）,对FI、α₃₅₀、α₃₅₅和S_350-400值影响较小.二级出水DOM中的紫外光类腐殖质、可见光类腐殖质和高激发波长类色氨酸物质与Cu²⁺作用后的条件稳定常数lgK分别为2.08~2.46,1.84~2.51,2.27~2.57L/mmol,配位荧光官能团比例分别为19.5%~36.5%、22.5%~33.3%和24.4%~29.2%.二级出水DOM中类腐殖质和类蛋白质与Cu²⁺的络合反应强度相差不大,且样品中NO₃^-浓度不同时,用部分荧光参数（HIX）和紫外参数（α₃₀₀、α₂₅₀/α₃₆₅、E₃/E₄、S_240-400和S_275-295）表示DOM的含量、分子性质存在一定的不确定性.     

基于EEM-PARAFAC解析厌氧生物滤池对城市污染河流中DOM的转化特性

为探究厌氧生物滤池(AF)处理城市污染河流的最佳工况和运行效能,以新河河水为研究对象,运用三维荧光光谱结合平行因子法(EEM-PARAFAC),研究AF中试试验系统在不同水力停留时间(HRT)及温度条件下对溶解性有机物(DOM)的转化特性. 结果表明:①河水中DOM主要包含3种荧光组分,其中,C1为类腐殖质物质,C2为类蛋白物质,C3为类腐殖质物质,类蛋白和类腐殖质物质平均占比分别为53.45%和46.55%. ②AF运行稳定后COD平均去除率为30.75%,出水UV₂₅₄降低19.80%;荧光组分分析表明,DOM的降低主要归因于C2和C3的有效转化,且提高温度和HRT有助于DOM的进一步降低. ③UV₂₅₄和<10 kDa的DOM沿程逐步减小,3~10 kDa和<3 kDa的DOM去除率分别为64.29%和22.81%;沿程出水三维荧光光谱显示,AF前端微生物活性较高,C1和C3变化较小,C2先升高后逐步下降,最终出水DOM总荧光强度出现明显的降低,表明AF第1级滤层是DOM去除和转化的主要区域. 研究显示,常温且HRT=24 h工况下,AF能够在一定程度上将难降解有机物转化为易降解有机物,有效去除城市污染河流中的DOM,可作为处理城市污染河流的潜在预处理手段.