城市黑臭水体的吸收特性分析

黑臭水体是城市水环境的一个严重问题,对城市黑臭水体光学特性进行分析,是利用遥感技术手段进行黑臭识别的前提与基础.2016~2017年采集了长沙、南京和无锡的城市黑臭水体共计85个样点,非黑臭水体共计80个样点,并对水样的悬浮物等水质参数浓度以及水体组分的吸收系数进行了测量.结果表明:(1)黑臭水体的总颗粒物吸收系数、非色素颗粒物吸收系数总体上高于非黑臭水体.(2)黑臭水体与非黑臭水体的CDOM吸收系数有明显的差异.由此可用CDOM吸收特征波段440 nm和不同波段范围内拟合的吸收系数曲线斜率对黑臭水体进行区分.城市黑臭水体吸收特性的分析,将为黑臭水体的遥感识别和监测提供有效的技术支撑.黑臭水体中的高CDOM浓度,可以作为遥感识别黑臭水的一个重要参考.     

基于紫外光谱分析的腐殖质混凝控制

腐殖质是水溶性天然有机物(DOM)的主要成分,对水处理过程有重要影响.为探究利用紫外光谱分析实现饮用水处理在线混凝控制的可行性和理论基础,以含腐殖酸和高岭土配水为实验对象,通过烧杯实验考察了不同水质条件对PACl混凝剂最佳投加量的影响,研究了SUVA_(254)和光谱特征斜率与混凝效果的相关性,利用排阻色谱分析了紫外光谱斜率与水体有机物组分之间的关系.结果表明,混凝剂最佳投加量与DOM浓度呈正比关系,两者计量学关系(以Al/DOC计)为0.61mg·mg~(-1).随混凝剂投加量的增加,腐殖酸溶液的SUVA_(254)从8.9 L·(mg·m)~(-1)下降并稳定至2.0 L·(mg·m)~(-1),有机物去除率与SUVA_(254)值呈正相关.光谱斜率与SUVA_(254)的变化趋势一致,且S_(275~295)与SUVA_(254)线性相关最优(R2=0.81).排阻色谱结果表明,混凝优先去除DOM中的腐殖质组分,S275~295与有机物中腐殖质组分对总UVA_(254)的占比存在明显的线性相关,光谱斜率测定对实现饮用水混凝过程的控制有重要意义.     

北京森林土壤富里酸亚组分的表征及荧光指标分析

为探究土壤FA（富里酸）的结构组成及其腐殖化和芳香性特征,采用SFS（同步荧光光谱）技术结合FRI（荧光区域积分）、DSFS（导数荧光光谱）及PCA（主成分分析）对土壤FA亚组分的荧光光谱特征及荧光指标间的相关性进行了分析.利用XAD-8吸附树脂结合初始pH为3、5、7、9和13的Na₄P₂O₇（焦磷酸钠）缓冲溶液逐步洗脱技术将土壤FA分别分级得5种亚组分（FA₃、FA₅、FA₇、FA₉和FA₁₃）.结果表明:①FA₃-FA₁₃的SFS体现3类荧光峰,分别代表类蛋白、类富里酸和类腐殖酸物质.FA₃和FA₅含有含量相近的类蛋白、类富里酸和类腐殖酸物质,而FA₇-FA₁₃含有的主要成分是类蛋白物质;同时,FA₇-FA₁₃的类富里酸和类腐殖酸较FA₃和FA₅更为复杂,且FA₇-FA₁₃含有更多易降解的单环芳香族化合物.②FA₃和FA₅的类酪氨酸和类色氨酸物质被识别,且FA₇-FA₁₃的类色氨酸含量明显大于类富里酸和类腐殖酸含量.③FA₃-FA₁₃光谱荧光强度指标（I₂₄₀/I₃₄₀、I₂₄₀/I₄₅₀、I₃₄₀/I₂₇₀、I₄₅₀/I₂₇₀和I₄₅₀/I₃₄₀）的对比分析表明,FA₃和FA₅的腐殖化程度和芳香性均大于FA₇-FA₁₃.④荧光指标A_FLR/A、A_HLR/A、S_270-340、S_270-450、A₂/A₁和A₃/A₁可作为指示亚组分芳香性的优化指标,且A_HLR/A、A₂/A₁和A₃/A₁可作为最佳指标反映亚组分的腐殖化程度.研究显示,土壤FA亚组分的结构表征及荧光指标分析为后续FA亚组分与环境污染物相互机理研究提供依据,为探究有机质的结构特性和环境行为提供理论支撑.      

溶解性有机质在岩溶水系统中的迁移转化及影响因素分析

溶解性有机质(DOM)的荧光物质是一种较好的示踪剂,用于鉴别DOM的来源及其在水文系统中的地球化学行为.该物质在岩溶水系统中的研究较少,并且要作为潜在示踪剂,系统中有很多因素影响其光谱信息.实验选取一典型岩溶流域,通过三维荧光光谱技术(EEMs)和平行因子分析(PARAFAC),结合水化学数据分析,揭示DOM荧光物质在不同岩溶含水空间的组成和转化关系,刻画流域尺度DOM的来源,探讨水化学因素对DOM荧光物质转移的影响机制.结果表明,流域外源地表水和岩溶地表水中的DOM以类蛋白色氨酸为主,浅层岩溶水和深层岩溶水以类蛋白色氨酸和酪氨酸为主.荧光指数(FI)、生物指数(BIX)和腐殖化指数(HIX)的综合分析认为,浅层岩溶水和深层岩溶水的DOM主要来自于内源微生物分解,岩溶地表水和外源地表水的DOM既有陆源输入又有内源微生物分解,且内源贡献占有较大比例.受岩溶水化学参数的影响,3种荧光物质具有明显的分异特征:类酪氨酸物质对Ca~(2+)和HCO_3~-具有较强的适应性,在岩溶水中存在的比例比较大.类色氨酸物质则相反,类富里酸物质则与TDS、浊度、Cl~-、SO_4~(2-)等呈现极显著正相关关系.流域上游浅层岩溶水中的DOM主要来自内源.出露地表以后,其有机质同时来自内源和外源输入.在流域下游渗入深层岩溶地下水以后,DOM逐渐向低芳香烃有机质化合物转化,大分子DOM逐渐减少,荧光强度减弱.主成分分析(PCA)提取出3个主成分,分别为反映岩溶水渗滤、转化、水流条件的水体矿化指标,反映土壤淋滤和自然渗滤关系的TOC、NO_3~-及类蛋白质指标,以及反映岩溶水系统水化学、生物化学过程的Ca~(2+)、HCO_3~-、荧光指数和类富里酸指标.此外研究还认为,总荧光强度,类富里酸物质和类蛋白物质可以分别作为岩溶水快速渗流、转化及岩溶含水层脆弱性的示踪剂.研究结果有助于认识岩溶地下水DOM的生物地球化学循环,进行岩溶系统有机污染控制,为岩溶水系统中物质的地球化学过程表征提供一种新的工具.     

周村水库主库区水体热分层形成过程中沉积物间隙水DOM的光谱演变特征

运用三维荧光光谱(EEMs)技术结合平行因子分析法(PARAFAC)以及紫外-可见光谱技术,对周村水库热分层形成过程中沉积物间隙水中溶解性有机物(DOM)的垂向分布及光谱特性进行分析.结果表明:周村水库沉积物间隙水DOM的紫外-可见吸收光谱吸收系数的变异系数在-400%~400%之间,表明其性质在不同深度上存在差异; E2/E3变化说明随着热分层的形成,富里酸所占DOM的比例也随之升高; E3/E4 3. 5以及SR 1表明DOM为生物源,以富里酸为主;荧光光谱中出现了类富里酸峰(C1、C3)、类蛋白峰(C2、C5)和类腐殖酸峰(C4、C6);类富里酸以及类蛋白是DOM的主要构成组分; DOM总荧光强度、各组分荧光强度随着热分层形成过程呈下降趋势,垂向间和采样点的分布差异明显;热分层形成过程中水库沉积物间隙水的高BIX、FI、β:α以及低HIX,表明沉积物间隙水DOM以生物活动的内源为主,具有低腐殖化,强自生源特征.     

上海中心城区二氧化氮在线测量比对研究

对比了基于腔衰减相移光谱技术(CAPS)、化学荧光法(CL)和非相干宽带腔增强吸收光谱技术(IBBCEAS)3种不同方法在线测量NO_2浓度的仪器,并于2017年5月10日—6月10日采用3台仪器对上海中心城区大气环境NO_2进行监测,验证了IBBCEAS实验装置的稳定性、灵敏度、检测下限等关键特性,证明可以实现复杂环境下大气痕量气体高精度在线监测.IBBCEAS装置与其它两种仪器监测数据的一致性较好,监测过程中上海市中心NO_2日浓度变化范围为3~63 ppbv.各仪器测量结果之间的线性关系图表明,3种方式对NO_2浓度监测较为准确,偏差普遍在10 ppbv.根据早晚高峰车流量增加情况分析可以看出,NO_2高浓度污染主要来自于车辆排放.另外发现,受局地污染源的影响,NO_2浓度随时间推移而增加.     

典型可溶有机质与磺胺二甲嘧啶的络合作用研究

以藻源有机质(AOM)和腐殖酸(HA)作为典型生物大分子可溶有机质(DOM)和腐殖化DOM,采用荧光猝灭滴定和光谱分析考察磺胺二甲嘧啶(SMZ)与DOM的络合作用.三维荧光光谱结合平行因子分析显示AOM荧光组分主要由类酪氨酸和类色氨酸物质组成,而类富里酸和类腐殖酸物质是HA荧光组分的主要构成.4种荧光组分可与SMZ发生不同程度的静态猝灭,且猝灭过程中DOM分子构象改变.同步荧光光谱结合二维相关图谱进一步发现类酪氨酸优先于类色氨酸组分与SMZ发生络合作用.Ryan-Weber非线性模拟拟合表明AOM中各荧光组分与SMZ的络合稳定常数(logK)大小为:类富里酸(3.33)类酪氨酸(3.12)类色氨酸(2.15)类腐殖酸(1.57);而HA中大小为:类富里酸(3.06)类腐殖酸(2.02).总体上生物大分子DOM对SMZ的亲和力高于腐殖化DOM.DOM与SMZ的相互作用可改变水环境中抗生素的形态和归趋,影响其生物有效性和生态毒性.     

基于CESM-EnSRF系统全球甲烷及臭氧卫星资料同化试验研究

臭氧(O3)与甲烷(CH4)均是大气中重要的微量气体,对全球气候变化有着重要的影响.为提高全球范围的臭氧、甲烷在气候模式中的预报效果,使用集合平方根滤波(En SRF)同化方法及地球系统模式(CESM)构建了CESM-En SRF卫星资料同化预报系统,并通过设计试验,将大气红外探测器(AIRS)的臭氧与甲烷观测资料同化到气候模式中,对模式的同化再预报效果进行系统的测试与评估.结果显示,臭氧、甲烷分析集合均值的偏差及均方根误差皆低于背景集合均值的偏差及均方根误差.臭氧、甲烷的同化再预报偏差及均方根误差较控制实验都得到改善,但对5 h Pa以上高度臭氧预报准确性的改进效果很小.随循环同化的进行,平流层臭氧与甲烷的平均同化改进率呈增加趋势,并逐渐趋于稳定;对流层平均同化改进率随时间变化不明显.试验表明,该系统可有效利用臭氧与甲烷的观测资料对模式场进行合理的改善,从而有效地提高臭氧、甲烷在气候模式中的再预报效果,但对于平流层顶-中间层高度(5 h Pa以上)臭氧预报准确度的提高,模式中臭氧光化学过程的准确模拟较同化观测资料具有更重要的作用.此外,循环同化对提高5~150 h Pa高度臭氧及1~200 h Pa高度甲烷在CESM模式中的预报效果最有效.     

强化混凝和改性活性炭对二级出水DON的作用机制

探讨强化混凝和改性活性炭对城市污水厂二级出水中溶解性有机氮（DON）作用机制,分析相对分子量以及亲疏水组分变化,并考察氯化消毒副产物生成势变化特征,结合三维荧光（3DEEM）光谱分析手段,对强化混凝和活性炭吸附前后DON组成,化学结构特征进行研究.结果表明：强化混凝可以明显提高DON的去除效果,DON去除率通过pH值强化混凝提高到1.45倍,臭氧强化混凝提高到2.06倍,PAC强化混凝提高到2.09倍,PAM强化混凝提高到1.96倍.活性炭对DON吸附过程更符合准二级动力学模型.DON吸附过程中,酸改性活性炭表面主要是π-π色散力作用机理,而碱改性活性炭表面主要是给电子-受电子复合物形成机制.在强化混凝和活性炭吸附作用下,DON的相对分子量和组分发生较大变化,而消毒副产物的生成势大幅下降.经3DEEM和光谱区域体积积分法（FRI）分析,在强化混凝和活性炭吸附过程中DON及消毒副产物生成潜势与荧光区域Ⅱ和区域Ⅳ所代表物质有关.     

超滤、三维荧光光谱与高效体积排阻色谱联合表征地表水环境中溶解有机质的性质

超滤、三维荧光光谱以及高效体积排阻色谱3种研究方法的结合可以表征不同类型荧光物质的相对分子质量分布规律,进而揭示它们的来源以及组分差异.用截留相对分子质量为1 000的再生纤维素超滤膜对几种不同类型地表水体中的溶解有机质进行分离后,利用三维荧光光谱以及相对分子质量分布特征谱图表征超滤完成后滞留液中相对分子质量较高的组分和渗透液中相对分子质量较低的组分中溶解有机质的性质.结果发现,湖北神农架大九湖沼泽水中原先被强腐殖酸荧光吸收峰E(Ex/Em: 360 nm/462 nm)掩盖的类富里酸荧光吸收峰A(Ex/Em: 260 nm/450 nm)和C(Ex/Em: 320 nm/439 nm)以及类蛋白荧光吸收峰B(Ex/Em: 275 nm/312 nm)和D(Ex/Em: 220 nm/308 nm)因其相对分子质量较小而被分离进入渗透液中,可被荧光检测;贵州红枫湖南湖内源产生的类蛋白荧光吸收峰B(Ex/Em: 280 nm/334 nm)和D(Ex/Em: 225 nm/328 nm)在原水中含量太低,即使采用灵敏度高的荧光检测手段也很难从原水中直接鉴别出来,但超滤后却因其相对分子质量大而被保存在超滤滞留液中.此外,研究还发现不同来源的类富里酸荧光物质和类蛋白荧光物质其相对分子质量大小也存在差异.如红枫湖南湖内源产生的类蛋白荧光物质具有较大的相对分子质量分布,被保存在超滤滞留液中;而贵州阿哈湖外源输入的类蛋白荧光物质相对分子质量则较小,易通过超滤膜进入渗透液中.因此, 3种研究方法的联合可以为研究地表水体中溶解有机质的性质提供方便直接的定性信息.