地下水中溶解性有机物的垂直分布特征及成因

地下水中溶解性有机物(DOM)能够改变外来污染物的存在形态和迁移转化过程,其组成和分布特征研究具有重要的环境意义.采用紫外-可见吸收光谱和荧光光谱,联合平行因子分析和主成分分析,对3个不同埋深(1.2、1.5及1.8 m)地下水中DOM的来源、组成、浓度、分布特征及影响因素进行了研究,结果表明,地下水中DOM来源于陆源有机质输入和微生物活动,含有类腐殖质、异质性有机物和类蛋白物质这3种组分,类腐殖质与异质性有机物在中下层含量最高而表层最低,类蛋白物质在中间层含量最低而表层含量最高.中下层地下水中DOM的芳香性、腐殖化率、分子量和极性官能团含量最高,而表层地下水中DOM的芳香性、腐殖化率、分子量和极性官能团含量最低.地下水中DOM的垂直分布主要受有机质腐殖化率、芳香性、分子量和极性影响,腐殖化率和芳香性强、分子量大和极性高的DOM难降解、易迁移进入下层地下水.     

填埋场地下水溶解性有机物时空分布特征分析:以四川红层区某生活垃圾填埋场为例

溶解性有机物(DOM)是生活垃圾填埋场地下水的主要污染物之一,但红层区填埋场地下水中DOM的特征尚不明晰. 因此,为了探究红层区填埋场地下水中DOM组成及时空分布特征,本文运用三维荧光光谱技术,对我国典型红层区某生活垃圾填埋场地下水进行现场调研,结果表明:①调查区域地下水导排层监测井(DP17)、污染扩散监测井(KS2~KS6)和水产源监测井(SC8)地下水中COD_Mn的P_si(表示i评价指标相对于GB/T 14848—2017《地下水质量标准》Ⅲ类值的污染指数)介于1.323~5.392之间,水产源监测井(SC8)地下水中Mn2+的P_si为1.140,所有监测井地下水中TN、TP、Fe、Cd、Hg和Cr的P_si介于0.001~0.587之间,其浓度均未超过GB/T 14848—2017《地下水质量标准》Ⅲ类标准限值;但相对于背景井(BJ1),各污染物的P_bi(表示i评价指标相对于背景值的污染指数)均介于0.703～142.991之间,说明调查区已受到不同污染源的影响. ②填埋场渗滤液及附近地下水中DOM包括类胡敏酸(C1)和类富里酸(C2)等腐殖质类物质,以及类色氨酸(C3)蛋白质类物质. ③填埋场地下水中DOM污染主要集中在填埋场附近,对周围地下水无明显影响. ④地下水中DOM的腐殖化程度在丰水期〔平均HIX(腐殖化指数)为3.99〕和枯水期(平均HIX为10.69)具有显著性差异. ⑤地下水导排层监测井中类胡敏酸(C1)和类富里酸(C2)的荧光强度分别是其他污染源的3.1~11.9倍和1.9~8.3倍,可作为填埋场地下水DOM污染的指示性指标. 研究显示,调查区填埋场渗滤液及地下水有机质腐殖化程度高,对地下水的影响只局限在填埋场附近,对周围地下水未造成严重影响,填埋场趋于稳定.      

简易填埋场垃圾渗滤液水溶性有机物对Pb(Ⅱ)迁移转化特性的影响

为研究简易填埋场垃圾渗滤液DOM(dissolved organic matter, 水溶性有机物)对重金属Pb(Ⅱ)的配位与迁移溶出的影响,运用荧光猝灭分析及柱模拟技术,研究了不同填埋年限(5和10a)简易填埋场垃圾渗滤液DOM与Pb(Ⅱ)的相互作用. 三维荧光猝灭分析表明,填埋10a的垃圾渗滤液DOM紫外区、可见区类富里酸配位荧光基团所占的比例分别比填埋5a的垃圾渗滤液增加了17.68%和7.96%;而配位稳定常数(lg K)则分别降低了10.13%和17.42%. 柱模拟试验结果表明,垃圾渗滤液DOM对土壤中Pb(Ⅱ)的纵向迁移具有促进作用,填埋5和10a的垃圾渗滤液DOM对Pb(Ⅱ)的累计迁移率分别是对照组的2.41和1.98倍. 与填埋5a相比,填埋10a的垃圾渗滤液DOM对Pb(Ⅱ)的溶出能力显著降低,表明随着填埋年限的增加,渗滤液DOM对Pb(Ⅱ)的溶出能力呈降低趋势. 对相同填埋年限的垃圾渗滤液,ρ(DOM)越高,对Pb(Ⅱ)的迁移溶出能力越强;Pb(Ⅱ)的平均迁移量会随着填埋时间的推移逐步降低.      

水生生物光合作用对雪玉洞岩溶水体中CDOM的影响

溶解有机质(DOM)作为岩溶水体碳汇的重要组成部分,其来源、分布和迁移变化对研究岩溶碳汇的组成、结构和通量具有重要意义,其组成和结构特征常用有色溶解有机质(CDOM)反演.本研究于旱季每月采集重庆雪玉洞洞内地下水和洞外地表水,通过地下河从洞内向洞外的流动过程中水化学和CDOM光谱特性的变化,分析CDOM的变化影响因素,为研究岩溶水体DOM碳汇通量提供理论基础.结果表明:(1)雪玉洞岩溶水中CDOM以小分子易降解的内源有机质为主,类色氨酸和类酪氨酸组分占60%以上;(2)雪玉洞地下水中的CDOM主要受地下水微生物的降解作用影响,地下水流动过程中有少量易降解有机质被微生物降解,TOC和DOC含量略有降低,CDOM腐殖化程度略有增强;(3)雪玉洞地表水CDOM主要受水池中水生植物光合作用控制,水生植物生长处TOC和DOC含量明显升高,CDOM内源特征和小分子组分明显增多.     

填埋垃圾浸提液与地下水污染物组成差异及成因

为揭示垃圾渗滤液污染地下水特征,采用常规分析、三维荧光光谱和多元统计分析,研究了某简易填埋场垃圾浸提液与地下水中无机盐、有机物及重金属的分布特征及成因.结果表明,填埋场垃圾异质性强,浸提液中NH+4-N浓度高,而Cl-、SO2-4、溶解性有机物(DOM)、重金属含量低,强还原氛围导致硝化过程受阻,NO-3-N、NO-2-N含量低,浸提液中Cu主要结合在DOM上,而Ba、Cd、Cr、Fe、Mn、Ni、Zn及As主要结合在疏水性有机物上.除填埋场所在点地下水外,其余点地下水污染物来源相似,其中的DOM以微生物来源为主;与垃圾浸提液中污染物分布特征相反,地下水中NH+4-N含量低而Cl-、SO2-4、DOM、NO-3-N、NO-2-N含量高,Cu、Ba、Cd、Fe、Mn及Ni的分布与DOM有关,主要结合在荧光有机物上.研究结果显示,基于地下水中污染物组成差异,采用聚类分析方法可识别出地下水受渗滤液污染点.     

不同年限露天煤矿排土场土壤剖面溶解性有机质荧光和吸光特征

露天煤矿开采对土壤剖面各土层溶解性有机质（DOM）组分含量影响巨大.该研究采用三维荧光光谱（3D-EEM）和紫外-可见光谱（UV-vis）对锡林浩特露天煤矿1~7年排土场土壤剖面（0~100 cm）DOM荧光和吸光特征深入分析,解析排土场生态演替过程中土壤剖面DOM组分及来源时空变化.结果表明:①露天煤矿排土场土壤剖面各土层w（DOC）在102.70~475.80 mg/kg之间,荧光组分中蛋白质类组分占比（29.97%~60.39%）最高,类腐殖酸组分占比（16.09%~44.27%）次之.土壤剖面DOM主要来源于微生物代谢产物,芳香性、腐殖化程度较低,且随排土场年限增加,各土层DOM紫外吸光组分芳香环中羰基、羧基、羟基、酯类含量增加,类腐殖酸组分占比先降后增,蛋白质类组分占比先增后降,类富里酸组分占比呈下降趋势.②随土壤深度增加,DOM含量呈上升趋势,DOM自生源特征及土壤微生物活性减弱,次表层（20~40 cm）出现明显波峰.随排土场年限增加,深层土壤DOM荧光组分中蛋白质类组分占比呈下降趋势,类富里酸组合占比垂向变化较小,类腐殖酸组分占比呈增加趋势.随着地表植被由无到有,DOM自生源特征降低,腐殖化程度增强.③排土场土壤剖面pH可作为评估DOM腐殖化程度的良好指标,总氮（TN）含量可作为指示DOM分子量重要指标.研究显示,不同年限露天煤矿排土场土壤剖面DOM荧光和吸光特征能够作为露天煤矿环境治理与生态恢复的评价指标.      

PAM保水剂对生物反应器填埋场持水性能及生物活性影响研究

填埋垃圾的含水率是生物反应器填埋场中垃圾降解和渗滤液产生的重要影响因素.本文将农业上广泛应用的聚丙烯酰胺(PAM)高分子保水剂用于垃圾填埋场保水持水性能的改善,以提高填埋场微生物活性,促进有机物降解.选取了典型的非水溶性高分子保水剂JB和水溶性高分子保水剂WSN20,通过考察填埋过程中介质含水率、渗滤液产量及水质,填埋气组分和微生物活性的变化,评价保水剂种类及添加量对填埋介质持水性能和垃圾降解过程的影响.结果表明,保水剂的添加量对介质的持水能力和微生物活性具有较大的影响.适量高分子保水剂的添加可有效减少渗滤液的产生并改善其水质.其中非水溶性保水剂JB的效果尤为显著,0.1%的投加比时能使填埋装置内介质的含水率增加12%,提高填埋体系中的微生物活性3.3倍,渗滤液产生量的削减达到75.6%.     

地下水中溶解性有机物的季节变化特征及成因

为阐明地下水中溶解性有机物(DOM)的分布特征与环境效应,联合三维荧光光谱、平行因子分析及主成分分析,研究了地下水中DOM的来源及随季节和空间变化特征,探究了地下水DOM组成对无机盐分布的影响.结果显示,地下水DOM主要来自微生物源,可鉴别出4种荧光组分,4种组分中,组分1和3为类蛋白组分,组分2和4属于类腐殖质组分.类蛋白组分来源差异较大,组成不稳定,其含量随季节变化明显,春冬季含量低而夏秋季含量高;类腐殖质组分来源相似,组成稳定,随季节变化小.两类荧光组分,尤其是类蛋白组分,是地下水氨氮的主要来源,可以影响地下水pH值.结果表明,三维荧光光谱结合平行因子和主成分分析,可以解析地下水中有机物的组成特征和季节变化规律.     

垃圾渗滤液水溶性有机物对土壤Pb溶出的影响

研究了不同填埋年限（0 a、4～5 a、12 a）的垃圾渗滤液水溶性有机物（DOM）对2种污染土壤重金属Pb溶出的影响.结果表明,垃圾渗滤液DOM具有促进土壤Pb溶出的作用.填埋年限不同的垃圾渗滤液DOM对土壤Pb溶出的影响不同,填埋年限短的垃圾渗滤液DOM对土壤Pb溶出率最高.因为填埋年限越长,垃圾渗滤液DOM中高分子组分（相对分子质量>25?000）所占比例越高,而高分子组分相对于低分子组分（相对分子质量<1?000）对土壤Pb溶出能力较弱.红壤中,渗滤液DOM的低分子组分对Pb的平均溶出率高出高分子组分123.8%;潮土中也表现出类似的结果.与无渗滤液DOM的对照相比,垃圾渗滤液DOM的加入明显提高污染土壤Pb的平均溶出率,并且随体系pH的升高,DOM这种促进作用表现得更为明显.     

垃圾填埋水溶性有机物组成、演化及络合重金属特征

采集不同填埋年限垃圾和渗滤液,提取制备水溶性有机物(DOM),采用紫外光谱、荧光光谱及1H-核磁共振,研究垃圾填埋DOM组成、演化及络合重金属特征.结果表明,填埋初期(5 a)DOM以脂肪族类物质为主,DOM中芳香族物质随填埋进行含量降低,苯环结构上的羰基、羧基和羟基等随填埋进行不断减少;填埋中后期(5 a)DOM以碳水化合物、有机胺等为主,随着填埋年限的延伸DOM中芳香性物质含量上升,苯环上羰基、羧基和羟基等官能团不断增加.填埋产生的渗滤液原液DOM中同时含有脂族类物质、碳水化合物、有机胺等,渗滤液经过厌氧-好氧和MBR处理后,碳水化合物和芳香族化合物含量相对增加,但小分子有机物和烷基链烃物质含量减少,脂肪链支链变短,分支增加.垃圾填埋DOM通过含氮和含氧官能团络合金属Zn从而影响其分布,而对其他金属的分布影响较小.     

基于UV-Vis辽河保护区地表水DOM的时空分布特征

为探讨辽河保护区地表水中DOM（dissolved organic matter,溶解性有机质）组成、腐殖化程度及时空变化,采集辽河保护区上游至下游及主要支流入辽河干流河口处丰水期和枯水期地表水样品,基于UV-Vis（紫外-可见吸收光谱）揭示地表水中DOM结构组成的时空变化特征. 结果表明:①从季节上看,辽河保护区地表水丰水期DOC（dissolved organic carbon,溶解性有机碳）浓度(11.73 mg/L)高于枯水期(6.76 mg/L),且丰水期DOM中类蛋白质组分相对浓度高于枯水期,而类腐殖质组分的相对浓度较低;从空间上看,辽河保护区支流DOC平均浓度高于干流浓度,且丰水期地表水DOM中类蛋白物质与类腐殖质浓度增加. ②基于UV-Vis特征参数可知,辽河保护区地表水中DOM主要以内源释放为主;从季节上看,丰水期降水量和地表径流增加,DOM的芳香性、分子量、腐殖化水平降低;从空间上看,辽河保护区地表水DOM的腐殖化程度沿河流上游至下游呈现逐渐递减趋势,且支流DOM腐殖化程度较高,具有较高的芳香性及疏水性. 研究显示,河流地表水中DOM的芳香性与分子量大小受周边沿岸生态环境系统、生物条件、土地利用类型等因素影响,不同类型地表水中DOM具有显著差异.      

水环境中秸秆源溶解有机质的组成及光化学活性特征

利用紫外-可见吸收光谱、三维荧光光谱和稳态光化学反应技术,对水环境中水稻和小麦秸秆短期（91d）分解释放的溶解有机质（DOM）的组成、结构和光化学活性进行了研究.结果表明：在水环境中,秸秆分解释放DOM过程可分为物理淋溶、易分解组分分解和难分解组分分解三个阶段,其中易分解组分是该分解过程中秸秆DOM的主要来源;随分解周期增长,秸秆源DOM的芳香性、腐殖化程度及分子量不断增大,而生物可利用性逐渐减小;秸秆源DOM中的类酪氨酸、类腐殖酸和类富里酸在秸秆分解过程中逐渐累积,至分解末期,3种组分在水稻和小麦秸秆DOM中的含量分别增加了4.2%~14.3%和5.9%~12.8%,而类色氨酸和溶解性微生物分泌物相对不稳定,会被逐渐分解;秸秆源DOM的紫外和荧光光谱特征指数SUVA₂₅₄、E2/E3、S_275~295、S_R、BIX和FI均与其光生HO×、¹O₂和三线态DOM间具有良好的相关关系（r > 0.61,P < 0.05）,因此秸秆源DOM的光化学活性由其芳香结构、分子量及生物可利用性共同决定.鉴于此,研究认为,探讨生物可利用组分的光化学活性,及构建光谱特征指数预测DOM光化学活性的数学模型,是今后秸秆源DOM生态环境作用研究的两项重要内容.     

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.      

三峡库区城镇化背景下河流DOM的吸收及荧光光谱特征

研究城镇化对河流溶解性有机质(dissolved organic matter,DOM)组分和化学结构、来源与迁移规律的影响,对水生态系统保护及生物地球化学循环研究具有重要意义.运用紫外-可见吸收光谱和三维荧光光谱技术,研究三峡库区不同城镇化程度的典型河流(桃花溪、南河和普里河)的DOM光谱学特征.结果表明,河流城镇化程度越高,DOM和有色溶解性有机质(chromophoric dissolved organic matter,CDOM)浓度越大,河流DOM的腐殖化程度和芳构化程度越小,疏水性组分越少,DOM中类蛋白物质相对浓度越高,DOM的新近自生源特性越强.河流DOM均以富里酸类为主(E3/E4均值 3. 5),CDOM浓度与DOM浓度显著正相关(P 0. 01),各河流DOM腐殖化程度(SUVA254)、芳构化程度(SUVA280)和疏水组分(SUVA260)极显著正相关(P 0. 01).桃花溪、南河、普里河的荧光指数均值为1. 715 7～1. 757 1,DOM的腐殖质来源均为外源输入和微生物、藻类生产两种方式混合,且以内源产生为主.     

应用多元统计研究蘑菇湖水体DOM紫外光谱特征

为了探究蘑菇湖水体中DOM（溶解性有机物）的组成和结构特征、识别来源及表征腐殖化程度,采用UV-Vis（紫外-可见吸收光谱）和紫外吸收光谱指数、多元统计分析方法对蘑菇湖水体DOM进行表征.结果表明:①蘑菇湖水体DOM腐殖化程度由滨湖区向深湖区递减,DOM主要以脂肪链和酯类等非极性官能团及相对分子质量较大的外源胡敏酸为主. ②皮尔逊相关性分析发现,A_{250 nm}/A_{365 nm}、A_{240 nm}/A_{420 nm}与A₃/A₂（600~700 nm与460~480 nm波段下的积分面积之比）之间呈显著正相关,A_{465 nm}/A_{665 nm}、S_R〔光谱斜率比,S_g（275~295 nm）/S_g（350~400 nm）〕、A₂/A₁（460~480 nm与260~280 nm波段下的积分面积之比）与A₃/A₁（600~700 nm与260~280 nm波段下的积分面积之比）之间也均呈显著正相关,而二者之间呈负相关,表明蘑菇湖水体中DOM的腐殖化水平与有机质的相对分子质量、芳香度以及苯环碳骨架的聚合程度等密切相关. ③CCA（canonical correspond analysis,典范对应分析）结果发现,蘑菇湖水体采样点与DOM的芳香度、腐殖化程度存在一定的相关性,与皮尔逊相关性分析结果相似.研究显示,UV-Vis、紫外吸收光谱指数、多元统计分析能够在一定程度上表征蘑菇湖水体DOM的分子量、芳香度以及腐殖化程度.      

滇池沉积物不同分子量溶解性有机质分布及其与Cu和Pb的相互作用

采用平衡渗析法、离子计和光谱分析等技术研究了滇池表层沉积物中DOM(溶解性有机质)的分子量分布特征及不同分子量的DOM对Cu和Pb的结合能力. 结果表明,草海和外海沉积物中DOM的分子量组成有显著差异. 草海沉积物中DOM主要以分子量为3.5~5.0ku的组分为主;外海沉积物中DOM以分子量为0.5~2.0ku的组分为主. 滇池各级分子量DOM的腐殖化程度(以A3/A4计,A3、A4分别为DOM在300、400nm处的紫外吸光度)在1.57~6.00之间,而且DOM腐殖化程度和芳香性随着分子量的增加而增大. 离子计分析和三维荧光光谱特征表明,Cu趋向于和分子量为2.0~3.5ku的DOM结合,而Pb趋向于和分子量≤0.5ku的DOM结合. 用结合容量和分配系数(K_d)表征Cu、Pb与DOM在两相中的结合能力,分子量为2.0~3.5ku的DOM中的w(Cu)最大,草海和外海分别为717.65和340.27mg/g;分子量≤0.5ku的DOM中的w(Pb)最大,草海和外海分别为2988.84和5073.45mg/g.      

含生物质炭城市污泥堆肥中溶解性有机质的光谱特征

以外源添加生物质炭的城市污泥堆肥过程中溶解性有机质(DOM)为研究对象,讨论了其紫外-可见和荧光光谱特征变化.结果表明:与对照组相比,外源添加生物质炭的处理其堆肥DOM的芳香性和腐殖化程度更高,有利于提高堆肥的腐熟度,且外源添加花生壳炭的处理较添加小麦秸秆炭的处理更有利于堆肥腐熟度的提高.外源添加花生壳炭的处理在堆肥21d后,其堆肥腐熟度可能达到峰值,而外源添加小麦秸秆炭的处理其堆肥腐熟度则随着堆肥时间的进行而增加.对照组和处理组堆肥DOM的FI>0.7,BIX>0.8,表明其来源为自生源,可能与微生物对有机物的降解有关.因此,通过对城市污泥堆肥过程中DOM的光谱特征分析,能较好地评估城市污泥堆肥腐熟度的情况.