北京市道路雨水径流溶解性有机物化学组分特性

为探究北京市道路雨水径流溶解性有机物(DOM)的化学特性,采用三维荧光光谱、紫外-可见吸收光谱及红外光谱技术,对北京市不同交通密度道路雨水径流溶解性有机物的化学组分进行分析.结果表明,北京市道路雨水径流DOM以疏水性组分为主,且主要为疏水中性组分.道路雨水径流DOM亲水性组分主要由类芳香蛋白物质组成,疏水性组分除含大量类芳香蛋白物质外,还含有大量类富里酸物质.道路雨水径流DOM疏水性组分的芳香化程度较高、腐殖化程度较低,亲水性组分与之相反.道路雨水径流DOM酸性组分中含异构化的羧基和苯环等官能团,碱性组分和中性组分中多含醚键、酯基、酚类和醇类等官能团.交通密度对道路雨水径流DOM化学组分的物质组成、特性等无明显影响,仅影响各化学组分中的物质含量;交通密度越大,各化学组分中物质的含量越多和芳香化程度越高,腐殖化程度越低.     

道路雨水径流溶解性有机物与重金属结合作用分析

为了解道路雨水径流溶解性有机物(DOM)与重金属的相互作用,采用荧光激发-发射矩阵光谱、超滤、离子选择电极法及红外光谱等技术对道路雨水径流溶解性有机物及其组分同Cu~(2+)、Pb~(2+)和Cd~(2+)的络合作用进行了研究.结果表明,道路雨水径流DOM与3种重金属离子的络合作用由强到弱依次是:Cu~(2+)Pb~(2+)Cd~(2+),4种分子量DOM组分与重金属之间均发生了络合反应,且DOM组分分子量越小,与重金属之间的络合作用越强.4个不同分子量区间的DOM组分与Cu~(2+)、Pb~(2+)和Cd~(2+)之间的络合作用由强到弱的顺序为:1 kDa组分、1~10 kDa组分、10~30kDa组分、30 kDa~0.45μm组分.     

不同下垫面雨水径流溶解性有机物特性

为明晰不同下垫面雨水径流中溶解性有机物特性差异,采用三维荧光光谱、同步荧光光谱及树脂分级等方法对北京市城市道路、屋面、广场、绿地4种下垫面径流DOM进行分析.分析发现,下垫面类型影响径流DOM浓度、物质组成及化学组分分布;道路、屋面初期径流DOC浓度较高,并随产流时间增加而逐渐降低,而绿地径流DOC浓度随产流时间增加而增加,广场径流DOC浓度则始终保持较低水平;路面交通活动、大气沉降作用等使道路、屋面和广场等硬化下垫面径流DOM主要由类富里酸和类芳香蛋白物质组成,且以疏水性化学组分为主,其中疏水中性和疏水酸性组分占比较高;受土壤冲刷有机质影响,绿地径流DOM除含类富里酸和类芳香蛋白物质外,还含有大量腐殖质和生物源蛋白物质,以亲水性化学组分为主,且主要为亲水中性和亲水酸性组分.     

氯化对二级处理出水中溶解性有机物荧光特性的影响

以哈尔滨市W污水处理厂为研究对象,利用XAD树脂对二级处理出水中的溶解性有机物(DOM)进行分级分离.按照DOM在不同树脂上的吸附特性将其分为5个部分:疏水性有机酸(HPO-A)、疏水性中性有机物(HPO-N)、过渡亲水性有机酸(TPI-A)、过渡亲水性中性有机物(TPI-N)和亲水性有机物(HPI).考察了DOM各组分在氯化过程中荧光特性的变化.研究结果表明,DOM中的类腐殖酸荧光物质、类溶解性微生物代谢产物荧光物质和类芳香族蛋白质荧光物质参与了氯化反应.此外,HPO-A、HPO-N、TPI-A和TPI-N中的类富里酸荧光物质,HPO-A、HPO-N和TPI-A中带有3～5个稠合苯环的芳香族化合物,以及HPO-N中的萘及其衍生物与氯反应.TPI-N和HPI与氯反应后,生成了具有多环芳香结构的荧光物质.HPI与氯反应后生成了类富里酸荧光团.各DOM组分与氯反应后,在激发波长为320nm的荧光发射光谱图上波长大于与该光谱图上最高荧光强度对应的波长的范围内,与最高荧光强度的一半等值的荧光强度相对应的波长变短,其中以TPI-N和HPI最为显著.而这种现象在激发波长为280nm和370nm的荧光发射光谱图却没有被观察到.     

城市雨水径流中溶解性有机物的分子化学多样性

雨水径流中溶解性有机物(dissolved organic matter,DOM)是影响城市水生态环境安全的重要因素.为了揭示城市不透水路面雨水径流(pavement runoff,PR)和绿地雨水径流(greenland runoff,GR)中DOM组分特征及其来源上的区别,应用具有超高分辨率的傅里叶变换离子回旋共振质谱(fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometer,FT-ICR-MS)对两者的DOM分子化学多样性进行表征,并从DOM分子化学多样性与环境因子之间的斯皮尔曼(Spearman)相关性的角度进行分析.结果表明:①在分子累计到达饱和状态下,PR-DOM的分子累计数量(12498种)远大于GR-DOM(7015种),其分子分布(150～750)比GR-DOM(150～850)更为集中,且相对分子质量普遍小于GR-DOM;②根据分子组成及其相关性分析,PR-DOM和GR-DOM的组分及来源存在明显差异.PR-DOM组成受人为活动影响较大,其主要成分(CHOS)中含有大量可能来源于人为使用的表面活性剂的磺酸...     

泥沙沉降对水体中溶解性有机物光谱学特性的影响

以沈阳市新开河为研究对象,考察了泥沙沉降过程中,沉降时间、泥沙含量、pH、盐度对水体中溶解性有机物(DOM)的含量和光谱学特性的影响.结果表明,泥沙沉降条件下,水体中DOC随泥沙沉降时间的增长而先增大后减小,随泥沙含量的增加而先减小后增大,随pH的增大而增大,随盐度的增大而减小.随着pH的增大,水体中DOM的芳香性增强;随着盐度的增大,水体中DOM的芳香性降低.随着泥沙沉降时间的增长,DOM中各类荧光物质的含量先增加后减少;随着泥沙含量的增加,DOM中类腐殖酸和类富里酸荧光物质的含量增加,而类溶解性微生物代谢产物荧光物质和类芳香族蛋白质荧光物质的含量降低.在泥沙沉降过程中,下层水体中DOC、在波长为254 nm处的紫外吸光度(UV-254),以及DOM中荧光物质含量的变化量高于上层水体.     

冻融作用对土壤中溶解性有机物的光谱学特性的影响

以受季节性冻融过程影响显著的辽宁省棕壤和暗棕壤为研究对象,考察了冻结温度、融化温度、冻结时间和冻融次数对土壤中溶解性有机物(DOM)的光谱学特性的影响.结果表明:冻融处理条件下土壤中的溶解性有机碳(DOC)含量、波长254 nm处的紫外吸光度(UV-254)和单位浓度DOC的紫外吸收值(SUVA)的变化规律相似,均随冷冻和融化温度的升高而增大,随冷冻时间的延长先减小后增大,随冻融次数的增多而减小.冻融作用使DOM的腐殖化程度提高,分子量减小.随着冷冻时间的延长,DOM中类富里酸荧光物质和类腐殖酸荧光物质的含量先减少后增多;随着冻融次数的增多,DOM中荧光物质的含量逐渐减少.研究成果对于准确掌握冻融条件下土壤中DOM的变化规律,以及实施有效的土壤生态环境和地表水流域环境管理具有重要的理论意义和实用价值.     

城市地表径流胶体与溶解性有机物结合特性

为探究城市地表径流胶体与溶解性有机物（DOM）结合特性,考察了不同pH值条件下径流胶体与DOM的吸附行为,并揭示其主要作用机制.结果表明,Langmuir模型可以较好地描述不同pH值时径流胶体对DOM的等温吸附过程,且随pH值增加其最大吸附量逐渐减小,pH值为3.0的最大平衡吸附量是pH值为6.0时的4.0倍;与DOM结合后,径流胶体Zeta电位绝对值升高,胶体更稳定且更易迁移;径流DOM中大分子组分更易与径流胶体结合;径流DOM中疏水酸性组分（HoA）和疏水中性组分（HoN）含量较高,分别占总DOC浓度的35.0%和24.3%,且这两种组分最易与胶体结合;径流胶体和DOM的结合作用主要通过羟基取代、表面络合和静电吸引实现.     

二级处理出水中溶解性有机物的荧光特性

为研究二级处理出水中溶解性有机物的荧光特性,以沈阳市B污水处理厂为研究对象,利用XAD树脂对二级处理出水中的溶解性有机物(DOM)进行分级分离。按照DOM在不同树脂上的吸附特性将其分为5个部分:疏水性有机酸(HPO-A)、疏水性中性有机物(HPO-N)、过渡亲水性有机酸(TPI-A)、过渡亲水性中性有机物(TPI-N)和亲水性有机物(HPI)。研究结果表明,DOM组分中含有类腐植酸荧光团、类富里酸荧光团、类芳香族蛋白质荧光团和类溶解性微生物代谢产物荧光团,此外,还含有具有多环芳香结构的荧光物质。DOM中的荧光物质主要集中在HPO-N和TPI-N中。类腐植酸荧光团、类富里酸荧光团和类溶解性微生物代谢产物荧光团在TPI-N中的含量最高,而类芳香族蛋白质荧光团在HPO-N中的含量最高。对于HPO-A、TPI-A和TPI-N来说,类富里酸荧光峰的强度最高;类芳香族蛋白质荧光峰是HPO-N的最强峰;类溶解性微生物代谢产物荧光峰是HPI的最强峰。     

水中藻类溶解性有机物特性研究

试验从分子量分布、三维荧光光谱和亲疏水特性3个方面研究了水中藻类(鱼腥藻、小球藻和小环藻)溶解性有机物(AOM)的特性。结果表明,3种AOM有机物在分子量分布上大分子和中小分子有机物各占一定比例。鱼腥藻AOM和小球藻AOM均表现出大分子和小分子有机物所占比例较大,中等分子有机物所占比例较小;小环藻AOM所含大分子有机物的比例相对较小,中小分子有机物是小环藻AOM的主要组成部分。荧光光谱分析得出,鱼腥藻AOM的大分子有机物主要是大分子蛋白类和腐植酸类有机物,中小分子有机物主要是小分子糖类和大分子疏水性腐殖类有机物的分解产物。小球藻AOM大分子有机物以大分子蛋白质类为主,中小分子有机物含有较多的蛋白类和腐殖酸类物质。而小环藻AOM大分子有机物主要以大分子腐殖酸类为主,中小分子有机物腐殖酸类物质含量也较多。亲疏水性分析表明,藻类AOM呈现较强的亲水特性,其SUVA值较低,主要是由亲水性的多糖和蛋白类有机物组成,疏水性腐殖类有机物质的含量相对较少。     

Revealing the characteristics of dissolved organic matter in urban runoff at three typical regions via optical indices and molecular composition

Dissolved organic matter (DOM) plays a major role in ecological systems and influences the fate and transportation of many pollutants. Despite the significance of DOM, understanding of how environmental and anthropogenic factors influence its composition and characteristics is limited, especially in urban stormwater runoff. In this article, the chemical properties (pollutant loads, molecular weight, aromaticity, sources, and molecular composition) of DOM in stormwater extracted from three typical end-members (traffic, residential, and campus regions) were characterized by UV–visible (UV–vis) spectroscopy, excitation-emission matrix spectroscopy combined with parallel factor analysis (EEM-PARAFAC), and ultra-performance liquid chromatography quadrupole time-of-flight mass spectrometry (UPLC-Q-TOF-MS). There are three findings: (1) The basic properties of DOM in stormwater runoff varied obviously from three urban fields, and the effect of initial flush was also apparent. (2) The DOM in residential areas mainly came from autochthonous sources, while allochthonous sources primarily contributed to the DOM in traffic and campus areas. However, it was mainly composed of terrestrial humic-like components with CHO and CHON element composition and HULO and aliphatic formulas. (3) The parameters characterizing DOM were primarily related to terrestrial source and aromaticity, but their correlations varied. Through the combination of optical methods and UPLC-Q-TOF spectrometry, the optical and molecular characteristics of rainwater are effectively revealed, which may provide a solid foundation for the classification management of stormwater runoff in different urban regions.     

Fractionation of heavy metals in runoff and discharge of a stormwater management system and its implications for treatment

A stormwater management system utilizing the mechanisms of sedimentation and filtration/infiltration was developed and constructed for the immobilization of suspended solids and heavy metal constituents （Fe, Zn, Pb, Cr, Cu, Cd, Ni） in runoff. Monitoring took place between May 2010 and November 2012 on a total of 24 storm events. This research on the fractionation of heavy metals in runoff and discharge of a stormwater system provided insight on the actual efficiency of the system and determined the implications for treatment of the particulate-bound and dissolved heavy metals in runoff. Results revealed that the partitioning of heavy metal load in runoff in either dissolved or particulate-bound were influenced by flow rate and total suspended solids load, and evident in high-intensity storm （rainfall-runoff event）. On the other hand, the partitioning of heavy metal load discharge from the stormwater system was more apparent during the early period of discharge having higher variability in dissolved than particulate-bound heavy metal. Findings revealed that fractionation of heavy metals played an important role in the performance of the stormwater system; thus, must be considered in designing stormwater systems. For the stormwater system to be effective, it is recommended to design the system treating not only the early period of a storm （first flush criteria） rather until the peak part of the hydrograph （high flow rate where partitioning was greatest） from a load basis.     

南漪湖上覆水溶解性有机质的光谱特征

为考察南漪湖上覆水中溶解性有机质(DOM)的光谱特征与来源,采用紫外-可见光吸收光谱(UV-Vis)与三维荧光光谱(EEMs)为工具,并结合平行因子分析(PARAFAC)、荧光区域积分分析(FRI)、相关性分析、主成分分析与聚类分析对DOM进行定性与定量分析.结果显示,UV-Vis参数a(440)、E₂/E₃、E₃/E₄、S_R表明DOM具有腐殖化特征与自生源特征,且E₂/E₃、E₃/E₄与a(440)呈显著正相关关系(P<0.01,P<0.05),S_R与a(440)无显著相关关系(P>0.05),说明腐殖酸浓度越高则DOM相对分子量越大,但无法依据腐殖酸浓度大小判断DOM来源.根据a(440)计算获得溶解性有机碳(DOC)平均浓度为26.79mg/L,且该湖泊出口附近DOC浓度为10.15mg/L.荧光指数(β:α、FI、BIX、HIX、Fn (280)、Fn (355))显示该湖泊DOM具有腐殖化程度较低及强自生源特征,类蛋白组分(Fn (280))相对浓度的空间分布上由西向东逐渐增大,而腐殖酸类组分(Fn (355))相对浓度峰值出现在入湖口与出湖口.通过PARAFAC解析出3种组分,分别为类富里酸(C1)、类色氨酸(C2)和类腐殖酸(C3),且C1、C2、C3含量分别占总组分强度21.96%、13.36%、84.21%.FRI法分析显示类蛋白物质所占比例之和(区域I+II)为49.65%,该结果说明水体已受到了人为因素影响.通过相关性分析结果显示,C1、C3与β:α、BIX呈显著负相关系(P<0.001),C2与β:α、BIX、Fn (355)呈正相关系(P<0.001).通过主成分分析与聚类分析,南漪湖上覆水中DOM在16个位点间呈现不同特征,但整体上水体中DOM来源受内源输入影响较为显著,应加强该湖泊内源释放污染物控制与管理.     

城市暴雨径流初期冲刷现象识别模式

有关城市暴雨径流初期冲刷现象（FEE）的评估方法迄今为止饱受争议,针对传统初期冲刷现象评估方法存在的弊端,提出了用最优分割模式（OSM）进行初期冲刷现象识别.两场暴雨（2009-8-3和2010-7-31）径流的案例分析表明：应用最优分割模式识别初期冲刷现象,对于无坡度的混凝土道路径流,平均初期径流控制量为6mm,而传...     

Characteristics of dissolved organic matter （DOM） in leachate with different landfill ages

The main objective of the study was to investigate the characteristics of dissolved organic matter (DOM) in leachate with different landfill ages through the chemical, spectroscopic, and elemental analysis. Humic acid (HA), fulvic acid (FA), and hydrophilic (HyI) fractions were isolated and purified by the XAD-8 resin combined with the cation exchange resin method. The analytical results of fluorescence excitation-emission matrix spectroscopy (EEMs) revealed that the fluorescence peaks were protein-like fluorescence for young landfill leachate, while the fluorescence peaks for medium and old landfill leachate were humic-like and fulvic-like fluorescence, respectively. Elemental analysis showed that carbon, hydrogen, and nitrogen content decreased with landfill age, while the oxygen content increased. Moreover, the nitrogen content in these isolated fractions followed HA ＞ HyI ＞ FA. The results of elemental analysis, FT-IR, and fluorescence EEMs also confirmed that aromatic carbons and portions of aliphatic functional groups were more abundant in leachate samples with increasing landfill age.     

周村水库四季变化过程中水体溶解性有机物的分布与光谱特征

运用三维荧光光谱(EEMs)技术结合平行因子分析法(PARAFAC)及紫外-可见光谱技术(UV-vis),对周村水库四季变化过程中溶解性有机物(DOM)的分布及光谱特征进行了分析.结果表明:周村水库表层水体的氮素(总氮和溶解性总氮)和有机物(总有机碳和溶解性有机碳)的季节性差异显著,并且水库冬、春两季TN较多、TOC较少;表层水体DOM夏、秋两季的吸收系数a_(254)和a_(355)均高于冬、春季节,与有机物的分布相一致;四季的E3/E4均大于3.5,说明DOM以富里酸为主,E2/E3比值表明富里酸占DOM的比例夏、秋两季高于冬、春季节,除夏季外水库表层水体S_R均大于1,显示DOM主要为生物源;三维荧光通过PARAFAC解析出3种组分,分别为类腐殖质(C1)、可见区富里酸(C2)和类蛋白(C3);对3个组分进行相关性分析,结果显示,C1、 C2、C3之间具有显著的相关性(p0.01);DOM的总荧光强度及各组分的荧光强度均呈现出夏秋季高、冬春季低的特征,总荧光强度最大值为夏季的(1993.52±40.84) A.U.,最小值为春季的(1074.10±113.63) A.U.;周村水库各个季节间的DOM总荧光强度和荧光组分C1的荧光强度除夏、秋外均呈现显著的差异性(p0.05),组分C2和C3的荧光强度均呈现显著差异性(p0.05);周村水库四季的DOM生物源指数(BIX)为0.8～1.0,表明水库DOM具有较强的自生源特征,与腐殖程度指标(HIX)的结果相吻合;PCA分析显示,周村水库表层水体DOM的光谱特征差异明显,夏、秋两季的DOM光谱特征相近,冬、春两季的水体DOM特征相似;并且组分C1、C2、C3与DOM特征参数(FI、β:α)及溶解性有机碳(DOC)呈显著相关性(p0.01).通过对周村水库水体四季的DOM光谱特征进行研究,可以进一步分析水库水体的有机物污染特征,并为水库水质管理提供技术支持.     

北京典型汇水区域雨水径流温度特征及影响因素分析

城市化发展导致不透水地表面积率大幅攀升,由此带来的一系列问题逐渐受到人们关注,夏季城市汇水区域地表产生高温径流后汇入下游受纳水体所造成的雨水径流热污染,对水生态、水环境造成不良影响的风险尤为突出。选取北京市典型汇水区域,对2021—2022年多场降雨径流出流温度进行监测与分析,并对气象因素、下垫面温度及管道内径流热量等数据进行同步采集,运用皮尔逊相关系数法分析其影响因素。结果表明：研究区域夏季降雨常出现雨水径流温度升高现象,降水量小于12.5 mm、降雨历时短于250 min的降雨场次更易于升温,升温幅度最高可达4.1 ℃;径流温度升高往往出现在径流过程初期,温度达峰平均时间为38 min;径流是否升温与降雨强度峰值位置之间没有明显关系;气温、不透水地表初始时刻温度、降雨历时及降水量是雨水径流温度的极显著影响因素（P<0.01）;降雨期间气温、降雨历时、不透水地表初始时刻温度和管道内壁温度4个指标,可以基本解释研究区域96.7%的径流温度输出情况。

     

高速公路雨水径流重金属污染初期效应

通过对8场降雨高速公路路面雨水径流中溶解态和颗粒态Cd、Cu、Pb和Zn 4种重金属进行现场取样检测,在定性分析径流重金属污染初期效应存现的基础上,定量分析了重金属污染初期效应的显著程度,并探讨了降雨特征对径流重金属污染初期效应的影响.无因次累积负荷分数-累积体积分数曲线分析结果表明,大多数降雨事件中总重金属存在较显著的初期效应,除溶解态Pb不具有初期效应外,其余溶解态与颗粒态重金属均存在较显著的初期效应.少数降雨事件的径流在中后期存在二次冲刷效应.初期冲刷比值分析结果表明,拦截并处理径流初期25%流量(径流的体积分数,下同)可去除整个降雨事件中所排放的35%～39%(质量分数,下同)的重金属污染负荷.总重金属初期效应的显著程度顺序如下:Cd>Cu>Zn>Pb;溶解态重金属初期效应的显著程度顺序如下:Cd>Zn>Cu>Pb;颗粒态重金属初期效应的显著程度顺序为:Cu>Cd>Pb>Zn.重金属初期冲刷比值与降雨特征相关性分析表明,平均降雨强度对径流重金属污染负荷初期效应的影响显著,降雨历时、降雨量、前期晴天数和产流时间对径流重金属污染负荷初期效应的影响较小.