不同生态混凝土坡岸中溶解性有机质与镉的相互作用机理研究

为研究生态混凝土坡岸中DOM(dissolved organic matter,溶解性有机质)与重金属离子的相互作用,通过FQT(fluorescence quenching titration,荧光淬灭滴定)试验配合3D-EEMs(three-dimensional fluorescence spectroscopy,三维荧光光谱)、PARAFAC(parallel factor,平行因子分析)和2D-COS(two-dimensional correlation spectroscopy,二维相关光谱)探究了AEC(applied eco-concrete,应用型生态混凝土)和IEC(improved eco-concrete,改良型生态混凝土)坡岸中DOM与Cd2+的相互作用机理.结果表明:①3D-EEMs结果显示,AEC_ow(AEC坡岸出水)类蛋白组分荧光强度降低,水体腐殖化程度升高,而IEC_ow(IEC坡岸出水) DOM各组分荧光强度均降低;Cd2+能与DOM中所有组分发生络合,且随c(Cd2+)增加,各组分的荧光强度最终趋于稳定.②PARAFAC将所有样品中DOM分离出类蛋白、类富里酸和类腐殖质3个独立组分,其中类富里酸组分随c(Cd2+)增加表现稳定的荧光淬灭效果.③通过Ryan and Weber模型计算Cd2+与DOM中各组分的络合常数(lg K)发现,所有样品中Cd2+与DOM中类富里酸组分的lg K值均大于类蛋白组分.进一步发现,不同坡岸出水lg K值大小依次为RW(原水) > AEC_ow > IEC_ow;④2D-COS分析得出,DOM中类蛋白组分对Cd2+的敏感度最大.RW中Cd2+与DOM位点的络合顺序为340 nm→273 nm→282 nm,AEC_ow中络合顺序为410 nm→330 nm.研究显示:Cd2+率先与DOM中类富里酸、腐殖质类物质络合,且络合能力强,类蛋白物质最容易受Cd2+的干扰;AEC_ow增加了下游水生态系统中Cd2+的迁移风险和生物有效性,相反IEC_ow则降低了Cd2+的迁移风险,两种坡岸均能降低DOM组分与Cd2+的络合能力,其中IEC坡岸最优.      

Occurrence, polarity and bioavailability of dissolved organic matter in the Huangpu River, China

Dissolved organic matter （DOM） plays an important role in biogeochemical cycles in aquatic ecosystem. To investigate the characteristics of DOM in Huangpu River {the last tributary of the Yangtze River）, surface water samples were collected along the river from December 2011 to June, 2013. The concentrations of dissolved organic carbon （DOC）, the absorbance and fluorescence spectrum of DOM in water samples were measured. Fluorescent DOM in the Huangpu River was decomposed into four components by the parallel factor analysis （PARAFAC）, including one humic-like substance and three protein-like substances. It showed that high spatial variability of DOC concentration was observed in the upstream water compared to the downstream water, and so did the absorbance coefficients of chromophoric dissolved organic matter and the total fluorescence intensities of different PARAFAC components of DOM. Furthermore, there was a large difference between the polarity and bioavailability of DOM in the Huangpu River. Polar compounds dominated tyrosine-like component of fluorescent DOM in all seasons. Tryptophan-like and humic-like substances had more polar fraction in summer and autumn than those in winter, while aromatic protein-like materials had the highest polar fraction in winter. Almost all of fluorescent DOM components were refractory in spring, while less than 20% of fluorescent DOM in average were biodegradable within 4 weeks in other seasons. We concluded that the spatial variation in the abundance of DOM in the Huangpu River is mainly affected by the water discharges from the Hangjiahu Plain and the seasonal difference in polarity and bioavailability of DOM is largely determined by its origins.     

区域土地利用类型对水源水中溶解性有机物丰度和荧光组分的影响

以潮白河密云段水体为研究对象,采用三维荧光光谱法及平行因子分析解析了潮白河饮用水源中溶解性有机物(DOM)来源和荧光特性,结合方差分析探讨了不同季节和区域土地利用类型对DOM浓度和荧光组分强度的影响.结果表明,潮白河密云段水体荧光溶解性有机物(FDOM)由5种荧光组分组成,包括微生物腐殖质2种,自生酪氨酸,还原醌类和陆...     

太湖溶解有机质光谱和氮磷污染的区域分布差异特征

对太湖水体溶解有机质三维荧光光谱、紫外吸收系数、溶解性有机碳(DOC)、总氮和总磷的分布特征进行了研究,定量估算了溶解有机质的来源. 研究发现:太湖水体溶解有机质的各物理化学参数以及氮磷质量浓度的区域分布特征明显. 水体三维荧光光谱显示有2个特征的类蛋白荧光峰,但不同湖区水样荧光峰位置以及强度并不完全一致. ρ(DOC)和荧光强度〔Fn(355)〕与吸收系数(α)有显著的相关性,但其相关关系也存在明显的区域特征. 根据有机质光谱学和理化指标的分布特点、梯度变化规律及地理特征要素,将太湖分为4个区域(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ和Ⅳ区),讨论了各区域的特征和变化规律. 利用有机质来源与荧光光谱指数的定量关系,估算了溶解有机质的来源贡献率,结果显示,北部湖区城市污水、陆源和生物活动对DOM的来源均有影响,其他湖区DOM以生物作用为主,陆源贡献率均不超过25%.      

制革污泥生物淋滤液组份特征及对鞣革质量的影响

利用ICP-AES、FT-IR及凝胶色谱等测定方法对制革污泥生物淋滤液的成分进行了系统分析,并采用鞣制试验对淋滤液在浸酸、铬鞣中的应用进行了尝试.研究结果表明,制革污泥生物淋滤液含有较高浓度的Cr3 、Fe3 、Ca2 、Na 、Mg2 、K 离子及其它一些微量金属,对鞣革质量产生明显影响的主要是Fe3 离子;鞣革质量的降低主要表现在无鞣性金属离子在蓝皮中的富集,从而影响蓝皮的吸铬量;鞣制处理中仅仅通过pH调整难以达到不同金属间的分离.淋滤液中可溶性有机物的TOC浓度一般低于1000 mg·L-1,主要是多糖类、脂肪族或芳香族羧酸类化合物;废水和淋滤液中DOM的平均分子量主要分布在1923和147两个范围,其质量分数分别占74.1%和25.7%;可溶性有机物一般对鞣革的收缩温度Ts和铬含量不产生明显影响,但可导致鞣后皮色加深.     

低温热水解对剩余污泥DOM的溶出特征分析

为了研究剩余污泥在低温热处理条件下的理化性质及溶出特征,采用批次试验探究了热处理温度对剩余污泥溶解性有机物（SCOD）、溶解性碳水化合物（SC）、溶解性蛋白质（SP）的溶出变化情况,分析了溶解性有机物质（DOM）荧光组分的平行因子分析模型特征.研究发现,随着热处理温度的升高,SCOD在80℃的破解度增幅最高,在90℃溶出量最大;SC在70℃时溶出率增幅最高,在90℃质量浓度最高;SP在60℃质量浓度最大;挥发性脂肪酸（VFAs）在60℃达到最大含量;液相色谱-有机碳测定仪（LC-OCD）分析表明,溶解性有机碳在90℃分子质量浓度最大,但生物聚合类物质的比例在80℃最高;三维荧光平行因子分析（PARAFAC）显示,剩余污泥热处理后的DOM均包含类蛋白质C1（282,324nm）、代谢类蛋白质C2（310,364nm）、可见腐殖酸C3（278/338/358nm,424nm）、土壤富里酸C4（270/318/354nm,476/524nm）,对于热水解法预处理污泥,类蛋白质在80℃下具有最大荧光强度,代谢类蛋白质在60℃下具有最大荧光强度.在60min条件下,污泥中有机物溶出的最佳温度是80℃.     

低温热水解对剩余污泥DOM的溶出特征分析

为了研究剩余污泥在低温热处理条件下的理化性质及溶出特征，采用批次试验探究了热处理温度对剩余污泥溶解性有机物（SCOD）、溶解性碳水化合物（SC）、溶解性蛋白质（SP）的溶出变化情况，分析了溶解性有机物质（DOM）荧光组分的平行因子分析模型特征.研究发现，随着热处理温度的升高，SCOD在80℃的破解度增幅最高，在90℃溶出量最大；SC在70℃时溶出率增幅最高，在90℃质量浓度最高；SP在60℃质量浓度最大；挥发性脂肪酸（VFAs）在60℃达到最大含量；液相色谱-有机碳测定仪（LC-OCD）分析表明，溶解性有机碳在90℃分子质量浓度最大，但生物聚合类物质的比例在80℃最高；三维荧光平行因子分析（PARAFAC）显示，剩余污泥热处理后的DOM均包含类蛋白质C1（282，324nm）、代谢类蛋白质C2（310，364nm）、可见腐殖酸C3（278/338/358nm，424nm）、土壤富里酸C4（270/318/354nm，476/524nm），对于热水解法预处理污泥，类蛋白质在80℃下具有最大荧光强度，代谢类蛋白质在60℃下具有最大荧光强度.在60min条件下，污泥中有机物溶出的最佳温度是80℃.     

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.     

北运河水体中荧光溶解性有机物空间分布特征及来源分析

利用激发发射矩阵荧光光谱(EEMs)并结合平行因子分析(PARAFAC),研究了北运河荧光溶解有机物(fluorescent dissolved organic matter,FDOM)的荧光组分及其空间分布特征,并对各河段FDOM的来源进行了分析.结果表明,北运河水体FDOM的组分中,代表类腐殖物质的组分含量较多,占总荧光强度平均比例的76.18%,而类蛋白质物质占23.82%.各组分荧光强度与氮、磷等污染物呈显著相关关系,说明FDOM与氮、磷等元素的迁移转化有关系;溶解性有机质呈现出明显的空间分布格局,从上游到下游为先降低后升高.上游区域的FDOM含量受工业废水和沿岸农业径流的影响,溶解性有机质含量较高;中游区域主要受少量生活废水排放的影响,溶解性有机质含量较低;下游区域FDOM来源于周边畜禽养殖废水、生活污水、乡镇工业废水和农田退水等,该区域类蛋白物质的相对丰度明显增加,溶解性有机质含量最高.污水处理厂出水中DOM的含量较高,表明污水处理效果有待进一步提高.     

畜粪蚯蚓处理后DOM变化及其与Cu(Ⅱ)的配合特性

研究了畜粪、木屑混合物经蚯蚓处理后水溶性有机物(DOM)分子量及荧光光谱变化.结果表明,经蚯蚓处理后畜粪、木屑混合物中DOM分子量呈整体降低趋势,分子量分布范围变宽,但其DOM分子量仍高于无蚯蚓处理;蚯蚓处理后混合物DOM中的富里酸含量及分子结构芳香化程度增加明显.进一步就蚯蚓处理前后DOM与Cu(Ⅱ)配合后的荧光光谱分析表明,蚯蚓处理后DOM更易与Cu(Ⅱ)产生配合反应并导致其直链变短或芳香基团的裂解;DOM中与Cu(Ⅱ)配合的基团主要包括—OH和—NH2等;且蚯蚓处理后DOM 中的富里酸类物质更易与Cu(Ⅱ)发生配合反应.     

三维荧光光谱研究溶解有机质与汞的相互作用

随着荧光光谱技术的进展,三维荧光光谱被广泛应用于研究各种天然水体中溶解有机质(包括腐殖质)的各种环境行为.本文利用三维荧光光谱和荧光猝灭滴定技术研究河流溶解有机质与Hg(Ⅱ)的相互作用.结果表明,溶解有机质中含有的3种类型荧光基团都能够不同程度地被Hg(Ⅱ)猝灭,并采用非线性回归分析拟合出Hg(Ⅱ)与3种荧光基团之间的条件稳定常数.pH值对Hg(Ⅱ)-DOM体系具有显著影响.Cl^-对Hg(Ⅱ)-DOM体系具有强烈的竞争作用.Ca(Ⅱ)能够使Hg(Ⅱ)-DOM体系荧光增强,而Mg(Ⅱ)对之影响很小.此外,Cu(Ⅱ)与Hg(Ⅱ)都是DOM的荧光猝灭剂,但是其猝灭机理存在差异.     

分层型水源水库溶解性有机物性质及其膜污染特性

利用激发-发射矩阵(EEM)荧光光谱和紫外吸收光谱研究了深水型水源水库热分层期溶解性有机物(DOM)性质及其膜污染特性随水深的变化.结果表明,水体热分层导致DOM质量浓度和性质也表现出分层特征.变温层受光化学降解影响较大,DOM质量浓度较低,同时受藻类等浮游植物分泌的内源有机物影响,DOM芳香度较低,类富里酸有机物(C1组分)和类腐殖酸有机物(C2组分)荧光强度较低,但类色氨酸有机物(C3组分)荧光强度较高;斜温层DOM受径流输入影响较大,DOM质量浓度和芳香度较高,C1和C2组分荧光强度较高.膜污染方面,变温层DOM造成的总污染最大,但可逆性较好,斜温层和等温层DOM造成的总污染较低,但可逆性较差;对超滤过程中不同荧光组分迁移的分析表明,超滤膜对C3组分截留率较高,但反冲洗对被截留的C3组分去除效果较好,而被膜截留的C1和C2组分较难被反冲洗去除.     

Natural organic matter quantification in the waters of a semiarid freshwater wetland (Tablas de Daimiel, Spain)

Dissolved organic matter (DOM) concentrations have been measured in the waters of a semiarid freshwater wetland, the Tablas de Daimiel, Spain, when the system-characterised by variable hydroperiodicity conditions, was completely flooded (February 2011). Fluxes of DOM from the wetland soils to the overlying waters were measured by using a passive diffusion sampler (peeper). Not only dissolved organic carbon (DOC) concentrations were measured but refractory organic matter (ROM, usually known as humic substances) was also quantified using a novel voltammetric method. Fluorescence spectra were recorded to help in selecting the appropriate standard for ROM quantification, test the homogeneity of DOM in the waters and get an indication of their source. The results obtained show a 7-fold increase in measured ROM concentrations from the Gigu¨ela River to the outlet, which points to a net exportation of ROM from the wetland and to the existence of an internal source of ROM in the system, probably diffusion from the wetland soils. This hypothesis is confirmed by the flux of ROM from the soils to the water column measured with the peeper and by the common fluorescence characteristics of column and interstitial waters. The smaller increase in DOC concentrations along the wetland, in spite of the higher DOC fluxes from soils, suggests that there is significant turnover of organic carbon (OC) in the water column. The system acts as a major carbon sink but, when flooded, exports OC as DOM.     

利用三维荧光技术分析太湖水体溶解性有机质的分布特征及来源

利用三维荧光光谱法研究了太湖125个样点表层(0.5m)和底层(1.5m)水体溶解性有机质(DOM)的组成和分布特征,并对不同湖区DOM的来源进行了分析.结果表明,太湖大部分湖区水体DOM以类蛋白物质为主,其中,竺山湾DOM中的腐殖质和类蛋白物质含量均较其它湖区高.太湖水体DOM的分布存在区域差异性,即:竺山湾湖区西部湖区梅梁湾湖心区贡湖湾南部湖区.分析认为,太湖DOM的来源具有陆源输入与内源微生物降解的双重特征,但竺山湾和西部湖区以陆源输入为主,而梅梁湾、贡湖、南部湖区及湖心区以内源微生物降解为主.分析各类荧光峰强度与水质参数的相关性发现,太湖水体DOM4类荧光峰之间呈显著正相关关系,DOM的4类荧光峰均与总氮(TN)、总磷(TP)、硝酸根离子(NO3-)、铵根离子(NH4+)呈显著正相关关系(p0.01),DOM的各类荧光峰强度和溶解氧呈显著负相关(p0.01),这可能是由于水体DOM含量升高后,微生物比较活跃,消耗大量的溶解氧所致;DOM的各类荧光峰强度和溶解性有机碳(DOC)之间的相关性不显著,可能与不同湖区样品中一些非荧光物质在DOM中的比例不同有关.     

牛粪发酵沼液DOM与Fe (III)离子络合机制研究

采用荧光光谱、红外光谱、平行因子（PARAFAC）分析及二维相关光谱（2D-COS）分析来解释Fe （III）与牛粪发酵DOM的络合异质性及机制.结果表明,PAFAFAC能够识别6个荧光组分,包括类蛋白（C2）、类富里酸（C1）、类腐殖酸（C4、C5）、类蛋白与类富里酸和类腐殖酸结合的荧光组分（C3、C6）.2D-SYS-COS分析仅能识别类蛋白和类富里酸荧光物质,DOM中类蛋白荧光为主要的荧光组分.2D-COS分析表明,在334nm处的类富里酸荧光组分优先与Fe （III）离子发生络合作用,络合次序为334nm→306nm.DOM中能够优先与Fe （III）发生络合作用的为仲铵盐-NH₂基团,各官能团组分与Fe （III）发生络合作用次序为2265→2771→1528→1310→1805→1479cm^-1.双对数模型计算结果表明牛粪发酵沼液DOM能够与Fe （III）形成高化学稳定性的络合物,其络合常数在4.34~7.03之间,研究结果能够为沼液施用土壤金属离子的形态分布和迁移转化提供理论指导.     

鄱阳湖沉积物溶解性有机质光谱特征

目前针对鄱阳湖流域沉积物溶解性有机质(DOM)光谱特征的研究仍较少,因此基于紫外-可见光谱和三维荧光光谱技术,并结合平行因子分析法(PARAFAC),对鄱阳湖沉积物中DOM的物质组成和来源特征进行了解析.结果表明,鄱阳湖沉积物DOM的腐殖化程度较高,是陆源输入和藻类、浮游生物等内源产生的混合型,且以陆源输入为主.与碟形湖区相比,通江水域沉积物DOM的有色溶解性有机质浓度更高、 DOM粒径更大且芳香性及腐殖化程度更高.通过PARAFAC共解析出3个类腐殖质组分(C1、 C2、 C4)和1个类蛋白组分(C3).与碟形湖相比,腐殖质组分均表现为通江水域更高,其中C1组分在两区域的占比均为所有组分中最高,前者为42%,后者为46%.空间分布上,4个组分荧光强度总体上呈现东高西低的趋势,高值主要分布在都昌和南矶湿地水域附近,分析主要与丰水期水位上涨、大量植物被淹死亡和人类活动有关.主成分分析结果表明,湖区不同沉积物DOM荧光组分差异较小,但以碟形湖区沉积物DOM腐殖化程度略高.     

夏季巢湖入湖河流溶解性有机质来源及其空间变化

使用紫外-可见光吸收光谱（UV-vis）和三维荧光光谱-平行因子分析法（EEM-PARAFAC）,分析了2019年夏季巢湖流域丰乐河、杭埠河、岐阳河、兆河和南淝河水体溶解性有机质（dissolved organic matter,DOM）的来源及其空间变化.结果表明,南淝河DOM吸收特征参数SUVA₂₅₄显著低于其它河流,而光谱斜率比S_R显著高于杭埠河,表明城市污染物径流排入降低了南淝河水体DOM的芳香性,但对其分子量影响较低.南淝河DOM荧光指数（FI）和生物源指数（BIX）大于其它河流,而腐殖化指数（HIX）低于其它河流,指示其DOM自生源高于其它河流.使用EEM-PARAFAC从河流DOM中提取出4种类腐殖质组分（C1~C4）和2种内源类蛋白荧光组分（C5、C6）,其中,类腐殖质组分包括陆源有机质（C1、C3和C4）和微生物降解产物（C2）.沿河流方向,5条河流河水溶解性有机碳（dissolved organic carbon,DOC）、 a（355）和DOM荧光组分呈不同的空间变化特征,其中丰乐河、杭埠河、岐阳河和兆河DOM受农田土壤径流输入影响明显,而南淝河DOM主要受城市污染物径流和污水处理厂出水影响.     

施用有机物料对污染土壤水溶性有机物和铜活性的动态影响

采用黑麦草盆栽研究施用绿肥、污泥和猪粪后，对Cu污染土壤水溶性有机物(DOM)和土壤Cu环境行为动态的影响．施用有机物料后土壤DOM含量比对照增加0.4—7.5倍，尤以绿肥和猪粪最明显．但随时间延长DOM降解明显，尤其在第一周内．污染土壤中水溶性Cu浓度随DOM的降解而相应减少研究发现，施用污泥有利于降低污染土壤中水溶性Cu浓度和黑麦草对Cu的吸收量，这是污泥固相有机质对Cu吸持使其活性降低和污泥DOM使Cu活性提高二者综合作用的结果．与此相反，施用绿肥和猪粪后，黑麦草体内的Cu含量却明显提高，其中潮土上提高1．4～2．1倍，红壤上提高1．4-1．6倍．因此．施用有机物料改良重金属污染地需格外谨慎。     

水源水库沉积物及其上覆水DOM光谱特征

为探究水源水库溶解性有机质(DOM)组成结构及来源,以深圳市茜坑水库为例,采用紫外-可见光谱技术(UV-Vis)并结合平行因子分析法三维荧光光谱技术(EEMs-PARAFAC)对水库表层沉积物及其上覆水的DOM光谱特征进行分析.结果表明:PARAFAC识别出3类荧光组分,分别是Cl(Ex/Em=270/304nm,类蛋...     

北运河上覆水DOM组分含量特征及对水质的影响

基于三维荧光光谱,紫外-可见光谱技术,对比分析了汛期非汛期北运河通州区域上覆水中溶解性有机物（DOM）的组成、来源及结构特征,建立了上覆水中N和P的含量与DOM组成之间的关系,确定了反映潜在富营养化生态风险的指标.结果表明,北运河通州地区上覆水中DOM含量在9.17~27.78mg/L之间,总体呈现非汛期>汛期,上游>下游,DOM含量时空特征差异显著.汛期DOM分子量与非汛期相比较小,DOM芳香程度汛期低于非汛期;在上游和下游,汛期上覆水DOM A₂₅₃/A₂₀₃大于非汛期.汛期DOM受陆源腐殖质和生物源的共同影响,而非汛期主要受微生物活动的影响.汛期蛋白质类和腐殖质类物质的浓度水平显著低于非汛期,非汛期蛋白质类组分相对占比较多,而汛期腐殖质类组分相对占比较多.在汛期,上覆水DOM中C1、C3、C4组分的最大荧光强度可间接反映北运河富营养化的潜在风险.