饮用水系统中抗生素抗性基因的研究进展

抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)在饮用水系统中的传播和扩散已成为全球公共健康的主要威胁之一.饮用水厂处理工艺对抗生素抗性基因的去除效果对保证饮用水水质安全具有重要意义,但是水处理工艺、消毒方式以及管网输配系统对不同抗生素抗性基因的影响差异较大.本文在总结了大量文献的基础上,阐述了饮用水系统中抗生素抗性基因的污染特征,综述了臭氧、混凝、砂滤、生物活性炭以及氯消毒和超滤膜等不同水处理工艺对抗生素抗性基因去除的影响及其机理.     

印染废水生化出水高锰酸钾强化混凝深度处理溶解性有机物的去除特性

采用高锰酸钾预氧化,强化某印染废水生化出水铁盐混凝深度处理溶解性有机物(DOM),考察了高锰酸钾强化混凝对印染废水生化出水中DOM的去除特性并为优化混凝深度处理工艺提供理论参考.在最优投加条件下,高锰酸钾强化混凝处理提高了DOM色度的去除效果,以美国染料生产协会色度值(ADMI7.6)表征时为84%,出水ADMI7.6值较单独混凝处理降低了43%.但以溶解性有机碳(DOC)表征时去除率基本保持不变,为55%.通过XAD-8/XAD-4吸附树脂分离技术和分子量分布分析发现,高锰酸钾强化混凝处理通过有效去除疏水性和弱疏水性DOM色度降低了出水的色度.同时,出水中亲水性和小分子DOM(MW<1 kDa)较单独混凝处理分别增加了34%和15%,导致了DOM去除率以DOC表征时无显著改善.采用三维荧光光谱技术定性分析表明,引起色度的可见类富里酸和类腐殖酸物质被进一步去除使出水色度降低,此时出水中增多的小分子亲水性DOM主要为类蛋白质和富里酸物质.因此,高锰酸钾强化混凝处理过程仍需与其它能去除亲水性、小分子量DOM(MW<1 kDa)的处理工艺结合,以提高总体去除效率.     

三维荧光分析评价腐殖酸高级氧化前处理效果的研究

地表水中腐殖酸类物质在常规水处理过程中很难被降解去除,大部分残留组分会在后期加氯消毒过程中产生消毒副产物等对人体有害的物质。选取紫外(UV)辐照、过硫酸根(peroxydisulfate,PDS)和双氧水(H_2O_2)高级氧化过程,对腐殖酸进行部分氧化降解,考察了不同的高级氧化作用对腐殖酸的处理效果。三维荧光光谱(fluorescence excitation emission matrix,FEEM)分析结果表明, UV/PDS共同作用可在10 min内极大程度地去除腐殖质类难降解组分,可减轻腐殖质带来的嗅味与色度问题,并可减少后续消毒处理过程中产生消毒副产物的问题。     

城郊关键带土壤中溶解性有机质的光谱特性及其时空变异

溶解性有机质(DOM)作为地球关键带中物质与能量循环的重要活性组分,其与关键带中诸多重要环境过程有着密切关系.本研究以宁波樟溪流域作为城郊关键带的典型代表区域,采集土壤样品,结合紫外可见光谱(UV-Vis)、三维荧光光谱(3D-EEM)进行特征表征,分析不同类型土壤中DOM的分布特征、影响因素和季节性变化规律.主要结果如下:林地DOC平均含量均大于耕地,其中林地秋季(15.4 mg·L~(-1))林地春季(12.5 mg·L~(-1));耕地秋季(11.9 mg·L~(-1))耕地春季(11.4 mg·L~(-1));DOM结构在紫外可见光谱下表现为耕地DOM芳香化程度(SUVA_(254))、疏水性组分(SUVA_(260))和分子量(S_R)较林地大,其中耕地秋季最为突出;三维荧光光谱结合平行因子分析(PARAFAC)把土壤DOM分为5种组分,主要以富里酸类物质为主(C_1、C_3、C_5),也含有色氨酸、酪氨酸类蛋白质(C_4)和腐殖酸(C_2)等物质,其中耕地春季的腐殖化程度最大,耕地秋季比春季含有较多类蛋白质,林地较耕地含有更多的类蛋白质,林地春秋两季中DOM结构变化不大.     

饮用水水处理工艺之抗生素去除效果初探

近年来,水体中抗生素残留物对生态环境和人体健康存在的危害已经引起政府和研究者的关注.而水处理工艺中抗生素的分布和去除情况也随之成为一大研究热点.但目前关于该方面的研究多集中于废水水处理工艺,针对供水水处理工艺的研究相对较少.本文采用固相萃取-超高效液相色谱-串联质谱法(SPEUPLC-MS/MS)研究了,氯霉素(CAP)、四环素(TC)、土霉素(OTC)、诺氟沙星(NOR)、脱水红霉素(ERYH2O)、罗红霉素(ROX)、阿莫西林(AMOX)、青霉素G(PEN-G)和头孢拉定(CFD)等9种抗生素在南方某地区使用臭氧活性炭深度处理工艺和超滤膜处理工艺等2种较为先进的供水水处理工艺中的分布情况和去除效果.结果显示,供水水处理工艺对水体中痕量抗生素的去除情况影响不大,但对高浓度的脱水红霉素去除效果明显,深度处理工艺和膜处理工艺对脱水红霉素的总去除率分别为84.88%和90.43%.     

饮用水系统中药物和个人护理用品的研究进展

药物和个人护理用品(pharmaceuticals and personal care products,PPCPs)作为一类新兴的有机污染物备受研究者的关注,未被去除的PPCPs母体或转化/降解产物可能进入饮用水系统,威胁人体健康.本文分析了PPCPs在饮用水源、出厂水、供水管网和龙头水中的赋存状况,总结了饮用水厂各处理工艺对PPCPs的去除效果.PPCPs在饮用水系统中的浓度较低,一般在ng·L~(-1)到μg·L~(-1).饮用水厂处理工艺能有效去除特定PPCPs,其中氧化、活性炭及膜处理等深度处理工艺对PPCPs去除效果较好.加强对饮用水系统中PPCPs的来源控制、过程管理和末端监督等是将来的重要研究方向.     

羟基自由基对不同来源溶解性有机质(DOM)的氧化能力

采用总有机碳分析仪、紫外-可见吸收光谱以及荧光激发-发射光谱(EEMs)对5种不同来源DOM与·OH的反应过程进行了表征,以考察DOM来源和类别对其与·OH反应的影响.结果表明,不同来源DOM与·OH的反应能力存在显著差异,陆源DOM比水源DOM表现出更强的反应能力.DOM与·OH的反应表现为准一级动力学,以DOC变化表征的反应速率常数kDOC与DOM的芳香碳/脂肪碳的比值(Caro/Cali)有较好的相关性,说明芳香性碳可能是·OH的优先反应位点.以光吸收参数Absave表征的衰减速率常数与kDOC也表现出良好的相关性.因来源与类别的差异,不同DOM不仅初始的EEMs存在差别,而且·OH氧化过程中EEMs的变化也表现出显著的不同.     

荧光光谱结合多元统计分析太子河本溪段水体DOM组成及其与水质相关性

激发-发射矩阵荧光光谱法结合多元统计研究溶解性有机物(DOM)在太子河本溪城市段的组分和结构,并揭示其与水质的相关性.沿太子河本溪城市段共设置7个采样点.结果表明,太子河本溪城市段的水质已深受人类活动的影响;基于DOM荧光光谱性质,DOM的组分为类酪氨酸、类色氨酸,类溶解性微生物副产品、类黄腐酸和类腐殖酸物质,其中类蛋白物质在DOM中占主导地位;在工业废水集中排放区域,Fe3+、Mn2+等重金属对类腐殖质荧光产生了猝灭作用,并且该区域的DOM腐殖化程度高于其他区域;太子河本溪城市段水体中DOM组成与结构呈现城市河段及工业废水排放分布特征,DOM主要来源于城市段处理和未处理的工业废水.     

海水循环养殖系统水处理工艺综述

论述了海水循环养殖系统(RAS)需要控制的水质参数及相关单元水处理工艺.RAS需要对盐度、pH、温度、溶解氧等水质参数进行监测控制,并常采用物理、生物、化学处理的组合工艺,使固体物质、氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐、有机物以及致病微生物等的浓度维持在安全范围内.固体物质根据粒径和可沉降性的不同,可采用沉降、过滤、泡沫分离或生物过滤法去除;氨氮、亚硝酸盐以及硝酸盐主要通过生物的硝化和反硝化作用去除;有机物主要通过生物降解去除;化学药剂消毒以及紫外辐照是RAS常用的消毒方法,消毒剂残余及消毒副产物对水质和动物健康的影响是选择合适消毒方法需要考虑的两个关键因素.最后,列举了几种海水RAS常用的组合处理工艺,并提出了针对性的改进建议.     

哈尔滨市降雪中溶解性有机物光谱特性分析

研究雨雪中的溶解性有机物(DOM)将有利于把握其理化性质及其在生态系统中的行为和功能.本研究运用三维荧光光谱(EEMs)技术结合平行因子分析(PARAFAC)、紫外-可见光谱技术(UV-vis),对哈尔滨市2018年3月1日降雪样品中DOM的光谱特性及来源进行解析.结果表明,降雪样品中DOM的相对分子质量较大,芳香构造程度较高,C=C不饱和双键结构较多,腐殖化程度更高,结构更复杂,芳环上含氧官能团含量较少,有机质疏水性较强;EEMs结合PRAFAC解析出3种组分,分别为类腐殖质类物质(C₁和C₂)和类色氨酸(C₃),荧光特征参数(荧光指数FI、自生源指数BIX、腐殖化系数HIX_b和新鲜指数β∶α)表明,降雪样品中DOM受陆源和生物源同时作用,腐殖化程度较高且受到陆源影响严重,自生源组分较少,新生成的DOM比例较低.     

浮水植物处理对猪场污水中可溶性有机物组成的影响

采集江西省余江县规模化猪场污水,选取青萍(Lemna minor)、紫背浮萍(Spriodela polyrrhiza)和大薸(Pistia stratiotes)等3种浮水植物分别进行处理.通过布置4个半月的温室试验,研究浮水植物处理对污水中可溶性有机物(Dissolved organic matter,DOM)组成及其荧光特性的影响.在试验过程中,定期采样监测污水中可溶性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)、总氮(Total nitrogen,TN)和总磷(Total phosphorus,TP)去除效率的变化.试验结束后,收获浮水植物并测定其生物量、TN和TP浓度,以及叶绿素含量.同时,基于三维同步荧光和平行因子分析方法,对污水中DOM组分进行识别和分析.结果表明,浮萍科植物的生物量倍增时间更短,而大薸生物量和养分日累积量更大.随着培养天数的增加,浮水植物处理污水中DOC、TN和TP去除率分别达到75%、90%和80%以上,且明显高于对照处理.在猪场污水中,DOM组分主要包括一个类蛋白质组分和两个类腐殖质组分;培养初期,猪场污水以类蛋白质组分为主.随着试验天数的增加,类蛋白质组分比例呈显著降低的趋势,而类腐殖质组分逐渐增加.与对照相比,种植浮水植物显著降低污水中类蛋白质组分比例,而提高类腐殖质组分比例.此外,浮水植物处理显著降低污水DOM的新鲜度指数,而增加微生物性来源类腐殖质组分的比例.综上,浮水植物在改善猪场污水中有机养分去除效率的同时,提高了DOM组分的腐殖化程度.     

渔业养殖区藻源溶解性有机质性质特征对汞甲基化影响

溶解性有机质(dissolved organic matter,DOM)是水生生态系统中的重要成分,能够显著影响汞的甲基化等形态变化过程.以近岸渔业养殖区藻源DOM为研究对象,运用傅里叶变换红外光谱和三维荧光光谱技术,对其结构特征进行表征;并选取总有机碳浓度TOC_DOM=10 mg·L^-1(DOM₁₀)和TOC_DOM=50 mg·L^-1(DOM₅₀)两种水平藻源DOM提取液,分析其在不同汞浓度条件下对汞甲基化过程的影响.结果表明,藻源DOM主要由类蛋白和类腐殖质组分组成,其中前者含量较高,疏水及芳香组分含量较低;红外光谱显示藻源DOM中含有—OH、—CH₃、—CH₂、芳香性C=C等官能团.甲基化实验表明,在溶液中DOM含量相对较少时(DOM:Hg浓度比≤15625),DOM表现出抑制汞甲基化的趋势,而当溶液中DOM含量逐渐升高(DOM:Hg浓度比>15625),DOM可以显著促进水体中汞向甲基汞的转化.藻源...     

利用离子色谱法检测臭氧处理的饮用水中痕量BrO^—3

70年代,研究发现饮用水处理过程中使用的Cl_2容易产生致癌物,例如三卤甲烷等.因此,环境保护部门和饮用水处理部门开始进行多种尝试,改变消毒方法,力争将危害身体的消毒副产物降至最低.臭氧消毒最有可能代替氯化消毒,然而臭氧消毒会将Br~-氧化成Bro_3~-,这使源水中Br~-的存在成为一个潜在的问题.即使浓度低至μg·1~(-1)级,世界卫生组织和美国国家环保局(U.S.A.EPA)将BrO_3~-列为潜在致癌物.许多有关的法规制订部门都将潜在致癌物危害人体健康的标准定在10~(-5)g·1~(-1)甚至更低,美国国家环保局认为臭氧处理的饮用水中BrO_3~-的浓度应控制在1μg·1~(-1)以下.因此,分析方法必须能够对此浓度级的BrO_3~-定量,以便在设计臭氧处理工艺时将此污染物的浓度降至最低.     

长江重庆段溶解性有机物的荧光特性分析

利用三维荧光光谱(EEMs),并结合平行因子分析(PARAFAC)及主成分分析(PCA),研究了长江重庆段溶解有机物(DOM)的荧光组分特征及其污染来源,并探讨了荧光强度同溶解性有机碳(DOC)及溶解氧(DO)的相关性.结果表明,PARAFAC模型识别出长江重庆段DOM由2类6个荧光组分组成,即类腐殖质荧光组分C1(350/422 nm)、C4(245,305/395 nm)、C5(260,340/420 nm)、C6(260/480 nm)及类蛋白荧光组分C2(275/300 nm)、C3(227,278/329 nm).在DOM来源组成中,陆源的类腐殖质含量占62.56%,类蛋白物质含量占31.31%.类腐殖质组分的荧光强度同DOC的含量存在明显的线性正相关(r=0.73),类蛋白组分的荧光强度同DO的含量呈明显的线性负相关(r=0.80).EEMs-PARAFAC不仅可以表征长江重庆段DOM的光谱特征,示踪长江重庆段的有机污染程度,还可以为三峡库区水体保护提供依据.     

北京市部分地区降雪中溶解性有机物的光谱性能表征

为了解降雪中溶解性有机物(DOM)的特征,采集了北京市不同地区两场降雪,对降雪样品中的DOM进行了紫外-可见光谱、三维荧光光谱、同步荧光光谱表征.结果表明,不同区域降雪中溶解性有机碳(DOC)浓度变化规律不同,这可能与降雪所在区域的下垫面性质不同有关;降雪样品中DOM的芳香性和分子量较低,含有类色氨酸、类富里酸和类蛋白质类物质,腐殖化程度较低,受生物过程影响较大;同步荧光光谱表明,DOM为类蛋白类物质和芳香性化合物,其中存在苯环和具有共轭系统的多环芳烃,含有少量胡敏酸类物质.研究降雪中DOM光谱性质将有助于进一步研究DOM与共存污染物之间的相互作用,为有效利用降雪提供基础性数据.     

夏季渭河西安段溶解性有机质(DOM)的特征、分布及来源分析

通过紫外吸收光谱,三维荧光光谱结合平行因子分析(EEMs-PARAFAC)方法及主成分分析(PCA),研究了夏季渭河西安段水体中的溶解性有机质(DOM)的组成、来源,及其与水质指标的相关性.在研究区域共检出2种类别5个不同的DOM组分,分别为类腐殖质荧光组分C1、C2、C3、C5和1个类蛋白类荧光组分C4,5个组分具有同源性.对比分析光谱斜率S、SUVA₂₅₄、α355和DOC浓度,上游(S1—S5)和下游(S13—S17)各组分分子量和腐殖化程度接近但来源有所差异,中游(S6—S12、S18—S19)分子量和腐殖化程度最低;研究区域DOM和CDOM浓度值变化基本保持一致.通过三维光谱参数和主成分分析进行DOM源解析,内源贡献率为72.36%,外源贡献率为12.45%,累计方差贡献率为84.81%;污废水排放是组分C1、C4的主要来源,C2、C3、C5则来源于城市景观水体和湿地公园中微生物和浮游动植物的活动产生,TN与外源具有较好的相关性而TP与内源相关性较高.水质指标DO、DOC、COD、TN、TP与DOM组分有较强的相关性.在此基础上建立了多元线性回归方程,一定程度上能够利用荧光组分组成和特征反映渭河夏季的水质状况.     

平衡渗析-多种光谱法研究太湖不同分子量溶解性有机质及其与铜的相互作用

采用平衡渗析技术将太湖沉积物溶解性有机质(DOM)按分子量分成不同的组分.利用光谱技术和离子选择电极(ISE)分析了不同分子量溶解性有机质的光谱特征及对Cu的结合,进一步探讨分子量对DOM特性和对金属结合能力的影响.结果表明,南太湖DOM分子量以高于10000 Da为主,然而北太湖分子量以低于3500 Da为主.三维荧光光谱(3DEEM)表明太湖沉积物DOM呈现出4种特征荧光峰.类富里酸荧光峰的荧光强度随着DOM分子量的增加而增强,然而类蛋白质荧光峰的荧光强度随着DOM分子量的增加而降低.南太湖DOM碳氮比(C/N)(20.30)显著高于北太湖(7.58),表明了DOM不同的来源.对于南北湖区,DOM-Cu浓度最大值都是在DOM分子量低于1000 Da组分,大约50%的DOM-Cu在分子量低于3500 Da的组分中.结合容量表明南太湖DOM分子量低于3500 Da的组分和北太湖分子量在1000—3500 Da的组分对于Cu结合起主要的作用,表明低分子量DOM对于结合重金属的重要性.     

饮用水中消毒副产物的消减措施

为了去除水中的病毒和细菌等有毒物质,在饮用水中添加氯是最常用的一种消毒方法.但是由于加入的氯会与水中的天然有机物(NOM)反应,产生包括三卤甲烷(THMs)和卤乙酸(HAAs)在内的各种氯化消毒副产物.这些消毒副产物的去除对饮用水的安全是一个值得关注的问题.     

环境条件对渗滤液中溶解性有机物分子构型的影响

采用同步荧光光谱,结合移动窗口二维相关光谱技术,研究了垃圾渗滤液中溶解性有机物(DOM)在外界干扰下的分子构型变化.结果显示,填埋垃圾渗滤液DOM含有类蛋白、类富里酸和类胡敏酸物质,它们均含有羧基和酚羟基官能团,填埋3—5年垃圾渗滤液DOM酚羟基含量较高,且主要分布在类蛋白组分上,而填埋10年以上渗滤液DOM中羧基含量较高,但主要分布在类富里酸组分上.p H升高引起DOM分子构型改变不受Hg(Ⅱ)存在的影响,填埋3—5年垃圾渗滤液DOM在p H 3和p H 8—10时分别由于羧基和酚羟基解离分子构型发生了剧烈改变,而填埋10年以上垃圾渗滤液DOM仅在p H 3—4时由于羧基解离分子构型发生了变化.在Hg(Ⅱ)对DOM分子构型的影响上,填埋3—5年垃圾渗滤液DOM分子构型在溶液Hg(Ⅱ)浓度升至5μmol·L~(-1)和20—25μmol·L~(-1)时发生了两次剧烈改变,而填埋10年以上垃圾渗滤液DOM在体系Hg(Ⅱ)浓度为10—25μmol·L~(-1)发生了一次缓慢的改变.同步荧光光谱结合移动窗口二维相关光谱技术可以有效识别环境条件改变时DOM分子构型的变化及成因.     

新疆匹里青河小流域DOM荧光特征及与汞的相互作用

以匹里青河小流域土壤溶解性有机质(DOM)作为研究对象,利用平行因子技术(PARAFAC)结合荧光淬灭滴定技术,分析和讨论流域内不同土地利用类型(包括林地、田地、草地)对DOM的荧光特征及与Hg~(2+)的配位作用。结果表明,不同土地利用类型土壤DOM特征差异显著,土壤DOM含量大小顺序表现为草地林地农田,而有色溶解性有机质(CDOM)含量则表现为草地农田林地。不同土地利用下土壤DOM均包含3种荧光峰:紫外区类腐殖荧光峰A、可见区类富里酸荧光峰C及海洋或陆源类腐殖质荧光峰M。PARAFAC共识别出2种组分:C1为胡敏酸物质,C2为富里酸物质。另外,3种不同土地利用类型中DOM组分荧光强度均随Hg~(2+)浓度的增强出现不同程度的荧光淬灭现象,DOM中各类荧光组分与Hg~(2+)络合常数存在差异,说明由于不同土地利用污染源的不同,DOM参与反应的官能团种类及数量的大小不同,影响了与Hg~(2+)的络合能力,导致络合常数不同。