基于UV-vis和EEMs解析白洋淀冬季冰封期间隙水DOM的光谱特征及来源

基于三维荧光光谱（EEMs）技术结合平行因子分析法（PARAFAC）以及紫外-可见光谱技术（UV-vis）,对雄安新区-白洋淀冬季冰封期不同特征区域间隙水溶解性有机物（DOM）的光谱特征以及来源进行解析.结果表明：冬季冰封期白洋淀不同特征淀区间隙水DOM的相对浓度差异显著,养殖区的最高、旅游区的最低;冰封期白洋淀大部分区域间隙水DOM的E₃/E₄均大于3.5,说明DOM以低腐殖质成分为主;三维荧光通过PARAFAC解析出3种组分,分别为类酪氨酸（C1）、类色氨酸（C2）和陆源腐殖质（C3）;对3个组分进行相关性分析,结果显示C1与C2之间的相关系数达到0.99（p<0.001）;白洋淀各个特征区域间的DOM总荧光强度和各荧光组分相对丰度呈现显著的差异（p<0.05）;DOM的总荧光强度以及各组分的荧光强度均呈现出唐河入淀口高的特征,C1+C2是DOM的主要成分呈现养殖区多、自然区少的特点,养殖区达到79.30%~92.04%,自然区达到26.60%~38.55%;冰封期白洋淀间隙水水体的DOM荧光指数FI为（2.58±0.23）>1.8,生物源指数（BIX）为1.20±0.25,表明白洋淀DOM来源于生物活动并且以自生源为主,与腐殖程度指标（HIX）的结果相吻合;a₂₅₄与硝氮、溶解性总磷和A₂₅₄/A₂₀₄,a₃₅₅与S_350~400;a₄₄₀与S_275~295、S_350~400、E₂/E₄、E₂/E₆和E₄/E₆,C1以及C2与Fn₂₈₀,C3与硝氮和Fn₃₅₅相关性很好（p<0.05）.综上,通过对冬季冰封期白洋淀各个典型淀区间隙水水体DOM光谱特征进行研究,可以为分析白洋淀水体有机物污染特征和白洋淀的水质管理提供技术支持.     

西北内陆河城区段入河水体CDOM三维荧光光谱特征

于2017年8月现场采集并测定了西北某内陆河城区段16个入河排放口水体的有色溶解性有机物（CDOM）三维荧光光谱（EEMs）,深入探讨和分析了其CDOM荧光光谱特征、组成成分、类型和可能来源,探讨了荧光组分对研究河段溶解性有机物的示踪特征.结果表明,污染物产生途径不同,入河水体CDOM的EEMs特征差异显著,除了工业、城镇生活等受人为处理影响的水体外,同类排放源的EEMs具有类似性,大多数入河水体中都包含有类腐殖质荧光A峰.平行因子分析方法（PARAFAC）解析出入河水体CDOM由3个荧光组分组成,即类腐殖质组分C₁（272,437/545nm）和C₃（281,368/437nm）,类蛋白组分C₂（<2150,281/366nm）,其中C₁和C₃具有同源性,且其A峰、C峰的位置发生老化红移现象,C₂组分的类蛋白荧光T峰则较为稳定,可以作为研究河段溶解性有机物来源的指示参数.入河排放水体CDOM的荧光指数（FI、HIX、BIX）在反映人类活动对水质的干扰方面较为敏感,工业企业、城镇生活废水排放源的荧光指数、生源指数与其他排放源有所差异,可以敏感指示人为污染的存在.入河水体CODM的光学参数（a（280）、a（350）、a（355））及荧光峰强度均与TOC、CODcr有一定的线性关系,可用于指示有机污染程度.三个荧光组分与TOC、TN的线性拟合关系相对较好,表明可以用荧光组分值对各入河排放源的TOC、TN等指标进行有效示踪.     

Diaphorobacter sp.PDB3菌好氧反硝化脱氮特性

研究了Diaphorobactersp.PDB3菌在发酵罐内好氧反硝化特性.经过分析比较确定柠檬酸钠是好氧反硝化最佳碳源,采用响应面法对影响好氧反硝化的条件（温度、pH值、发酵罐转速、碳氮比）进行优化,构建出好氧反硝化数学模型.本模型预测值与实测值相关性非常好,预测PDB3菌发酵罐内好氧反硝化最佳条件：pH值、碳氮比、温度、转速分别为7.3、8.1、30.1℃、299.9r/min,最佳好氧反硝化比速率为2.25h^-1.验证实验表明,PDB3菌在发酵罐内好氧反硝化比速率为2.12h^-1,误差仅为5.8%.通过氮平衡分析表明,29.0%的总氮去除量转化为胞内氮,氮损失占总氮去除量的67.3%,细胞主要通过好氧反硝化作用和细胞同化作用脱氮.荧光定量PCR分析测定好氧反硝化过程中脱氮基因（napA,nirS,cnorB,nosZ）的表达水平以进一步解释脱氮特征,为Diaphorobacter sp.PDB3菌的实际应用提供一定的理论依据.     

林可霉素菌渣堆肥抗生素抗性基因变化分析

为了研究抗生素菌渣堆肥过程中抗生素抗性基因（ARGs）的变化情况,以林可霉素菌渣-糠醛渣堆肥为研究对象,以污泥-糠醛渣堆肥为对照.运用荧光定量PCR技术检测到了堆肥过程中lnuA-01、sul1、ermA、ermB、ermC等5种林可霉素抗性基因和整合子基因intI1的变化情况.结果表明,堆肥化处理可以降解99%的林可霉素残留,两者堆肥ARGs总量绝对丰度均有较大增加,而相对丰度降低5%~22%.同时发现林可霉素菌渣堆肥有助于intI1的富集,表明林可霉素菌渣堆肥存在生态风险.冗余分析显示,ARGs变化受环境因子影响严重,影响顺序为pH值 > 林可霉素残留 > 温度 > C/N.     

湖泊草源DOM与磺胺二甲基嘧啶的荧光猝灭研究

磺胺二甲基嘧啶(SMT)作为一种常见的磺胺类抗生素,在富营养化湖泊中的迁移和归趋与溶解性有机质(DOM)密切相关。该研究采用荧光猝灭光谱法研究马来眼子菜释放的DOM与SMT的相互作用。同步荧光光谱和紫外可见吸收光谱表明SMT可引起DOM的构象变化,静态猝灭是主要机制。通过三维荧光光谱结合平行因子分析将DOM分为4个独立荧光组分,并结合Ryan-Weber非线性模型分析各组分与SMT的结合能力。模型拟合度较高,结合稳定常数(logK_b)大小顺序为类酪氨酸(7.22)>类色氨酸(5.54)>小分子类腐殖(5.04)>大分子类腐殖组分(无猝灭),说明DOM对SMT的络合作用较强。二维相关图谱显示类酪氨酸荧光团优先于类色氨酸荧光团与SMT发生反应。草源DOM与SMT之间的相互作用可影响SMT在富营养化湖泊中的生物有效性和毒性等环境行为。     

低温污水前置强化混凝

研究低温对强化混凝过程的影响,合成新型复合混凝剂(Synth A),利用膜分离分级、三维荧光光谱(3DEEM)和紫外差异分析等技术研究常温、低温(2~5℃)条件下强化混凝对溶解性有机物、溶解性有机氮等的去除特征及其对后续生物处理的影响.结果表明,常温下氯化铝(AlCl_3)、聚合氯化铝(PACl)和Synth A混凝后浊度去除率和颗粒态COD、N去除率,胶态COD、N去除率高度相关;与相应溶解态指标关系不明确.混凝对溶解性有机物荧光响应值的去除率远高于溶解态COD的去除率.溶解性有机氮(DON)是除颗粒氮(PN)和胶态氮(CN)外,前置混凝分离去除总氮(TN)的主要部分.低温对强化混凝的影响主要体现在,低温抑制上述3种混凝对浊度和COD去除,且抑制程度依次为AlCl_3PAClSynth A;低温对颗粒态、胶态和溶解态COD、N的混凝去除效果产生不同程度的影响,且对颗粒态和胶态COD、N的负面影响较大.低温原水溶解性有机物荧光响应值较常温原水大幅度升高.低温混凝对荧光响应值及紫外差异吸收的影响较常温更为显著.低温条件下,Synth A对TN、DN及DON的去除率较常温略有提高,保持了对PN和CN的去除能力,投量为30 mg·L-1以上时,DON去除率约为28.5%~41.7%,而常温仅为17%~31.4%.采用前置混凝分离去除大量COD和一定量的TN,能大幅减少曝气池停留时间,稳定TN控制效果.因而冬季采用Synth A等低温适应性强的混凝剂强化前置混凝可以在一定程度上弥补生化效率降低,缓解脱氮压力,稳定处理效果.     

3种不同工艺切换下活性污泥菌群结构及代谢产物对污泥沉降性能的影响

均以乙酸钠为碳源,考察了AAO脱氮除磷(Ⅰ阶段)、AO脱氮(Ⅱ阶段)、好氧除碳(Ⅲ阶段)这3种工艺下污泥沉降性能的变化,追踪了污泥中微生物群落结构的演替、监测了微生物代谢产物的含量及组分变化,分析运行方式对污泥沉降性能变化的影响.结果表明,Ⅰ阶段沉降性能最佳,其次为Ⅲ、Ⅱ阶段.运行条件的不同,系统优势菌及菌群结构都发生了显著变化,其中Thiothrix的相对数量是影响污泥沉降性能变化的主导细菌.在接种污泥和Ⅰ阶段Thiothrix的丰度仅为0.08%和1.51%,Ⅱ阶段上升至9.41%,Ⅲ阶段降至4.29%.Ⅰ阶段的厌氧区对该菌的生长具有抑制作用,但Ⅱ阶段的缺氧区却刺激其优势生长.同时对比了3个系统中微生物种群多样性,Ⅰ阶段最高,其次为Ⅱ、Ⅲ阶段.缺氧区和厌氧区的引入导致系统功能与环境的复杂度增加,微生物群落多样性有所升高.胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)中各组分含量及三维荧光测定结果表明,微生物群落结构变化对EPS的组分及含量具有显著影响,进而导致污泥沉降性能改善或恶化的进程加剧,污泥沉降性能与松散附着胞外聚合物(loosely bound EPS,LB-EPS)中蛋白质/多糖的比值呈正相关.     

硝化污泥胞外聚合物分层组分提取方法的比较

采用温和加热法、超声法、超声+振荡法和离心法4种方法提取硝化污泥松散结合型胞外聚合物(LB-EPS),及乙二胺四乙酸(EDTA)法、甲醛+NaOH法、甲醛+超声、阳离子树脂法(CER)和加热法提取硝化污泥紧密结合型胞外聚合物(TB-EPS),通过化学分析结合三维荧光(3DEEM)光谱对各提取方法进行比较.结果表明,LB-EPS和TB-EPS的最优提取方法分别为温和加热法和甲醛+Na OH法,TOC提取量分别为16.82、58.43 mg·g~(-1).三维荧光光谱显示温和加热法能有效提取LB-EPS中的类色氨酸和类腐殖酸;甲醛+NaOH法、CER和加热法提取的TBEPS中物质最为全面,主要包括类色氨酸、类腐殖酸和类酪氨酸.TB-EPS三维荧光浓度效应分析表明荧光峰位置与EPS浓度变化无关;类腐殖酸和类酪氨酸荧光峰强度随EPS浓度降低而减小,分别呈二项式和对数关系.     

厌氧折流板反应器酸化及其对微生物种群分布的影响

研究了厌氧折流板反应器(ABR)酸化过程中pH、COD、挥发性脂肪酸(VFA)和微生物表观形态的变化,并基于荧光原位杂交(FISH)定量解析了酸化中厌氧微生物的种群演替过程.结果表明,酸化过程由ABR反应器前端向后端逐渐推进;完全酸化后,各隔室运行效率明显降低,COD去除率仅为30.9%,pH值下降1.0～2.2,出水VFA增长5.1倍.酸化显著影响微生物形态,导致颗粒污泥表层和内部微生物出现畸变甚至死亡,造成颗粒内外传质困难.基于FISH技术的定量研究表明,酸化促进了真细菌的繁殖,抑制了古细菌的生长,导致厌氧消化过程中3种关键菌群的大量减少,其中食丁酸盐产氢产乙酸菌Syntrophomonas spp.减少了30.9%,食丙酸盐产氢产乙酸菌Syntrophobacter wolinii减少了85.5%,耗氢产乙酸菌E.limosum减少了60.0%,产甲烷菌Methanomicrobiales减少了54.3%,微生物种群间物质供需平衡被破坏.     

河口区溶解有机物三维荧光光谱的平行因子分析及其示踪特性

利用激发发射矩阵荧光光谱(EEMs)并结合平行因子分析(PARAFAC),研究了九龙江口有色溶解有机物(CDOM)的荧光组分特征及其河口动力学行为,并探讨其作为河口区有机污染示踪指标的可行性.利用PARAFAC模型识别出九龙江口CDOM由2类4个荧光组分组成,即类腐殖质荧光组分C1(240,310/382nm)、C2(230,250,340/422nm)、C4(260,390/482nm)及类蛋白质荧光组分C3(225,275/342nm).模型结果表明,传统寻峰法指认的短波类腐殖质A峰区域(240～290/380～480nm)实际上并非一个单独的荧光峰,而是若干荧光组分的组合,并且它与传统上指认的长波区海源类腐殖质M峰、陆源类腐殖质C峰之间存在内在联系.包含M峰的C1组分在河口区随盐度增加呈稀释降低趋势,表明M峰并不能被认为是海洋来源的专有特征峰.类腐殖质组分C1和C2在盐度6的河口最大浑浊带区表现出一定的添加行为,之后在河口混合过程中呈保守行为,而类腐殖质荧光组分C4则在整个河口混合过程中都呈保守行为.类蛋白质荧光组分C3在河口混合过程中呈不保守行为,并且在总荧光组分中所占比例在高盐度区呈上升趋势.EEM-PARAFAC不仅可示踪九龙江不同支流DOM的特征,并且还可很好地示踪九龙江口的有机污染程度.