城市污水处理过程中DOM的三维荧光光谱及紫外谱图特性

利用三维荧光光谱法和紫外分光光度法对城市污水处理过程中溶解性有机物(DOM)的光谱特性等进行研究。结果表明,污水中的类蛋白质物质较易被降解,类腐殖酸物质属于较难生物降解物质。且在λ_(Ex)/λ_(Em)为(290~295)nm/(325~330)nm处出现新荧光峰,推测其可能是溶解性微生物代谢产物或是被原荧光峰覆盖的难降解有机物所发射荧光形成的。FI值在2.03~2.16,表明DOM主要是生物来源且芳香度较低。紫外谱图在190~230 nm和250~290 nm分别存在着明显的吸收带和吸收平台。在好氧处理后,紫外谱图中的吸收带发生了红移且其吸收强度逐渐增大。通过SUVA、UV_(253)/UV_(203)值和Zeta电位在生物处理过程中的变化,表明DOM经过生物降解,芳香构造程度化逐渐增大,所含苯环的取代程度降低,逐渐稳定。污水处理过程中TOC、UV_(254)与λ_(Ex)/λ_(Em)位于(230~235)nm/(340~350)nm的类蛋白质所发射的荧光强度、荧光峰荧光强度和之间均有很强的正相关性。     

管网末梢水中DOM分布特征及影响因素

为探明长期运行的供水管网末梢出水的溶解性有机物(DOM)分布特征及影响因素,采用三维荧光技术结合平行因子分析法(PARAFAC)对西北某高校管网水质进行了研究,并利用荧光区域积分(FRI)法得到各类DOM占比,通过实验揭示了加氯与DOM的相互关系。结果表明:该区域管网水中DOM主要为溶解性微生物副产物(SMP)、富里酸类(fulvic acid-like)和腐殖酸类(humic acid-like)有机物;DOM平均相对浓度约为2.0×106AU·nm2,其中类蛋白有机物较少,SMP占30%~34%、富里酸类占23%~25%、腐殖酸类占25%~28%;铸铁管出水中SMP总量(80 643 AU·nm2)和占比(34%)比不锈钢管出水中的SMP总量(72 420 AU·nm2)和占比(30%)有所升高;加氯对腐殖质类有机物具有一定的去除效果,且在前10 min内去除率最高。研究结果可为供水管网水质维护和加氯机制提供理论依据。     

猪场沼液处理过程中溶解性有机质的光谱学特征

猪场沼液无序排放会导致严重的水环境问题,探索猪场沼液处理过程中有机物变化的检测方法,可以为养殖废水处理和排放管控提供技术支撑。利用三维荧光光谱法和紫外—可见分光光度法对猪场沼液处理过程中溶解性有机物(DOM)的光学参数进行分析。结果表明:猪场沼液DOM的三维荧光图谱显示其主要存在类腐殖质、类色氨酸和类酪氨酸3类物质,以类腐殖质物质为主;经AO处理后猪场沼液中的类色氨酸物质部分转化为类酪氨酸物质;经序批式生物膜反应器(SBBR,由SBBR1和SBBR2组成)工艺处理后,类色氨物质全部被分解转化。猪场沼液经SBBR2和氧化塘处理后,DOM浓度和各荧光组分含量有所升高,需要进一步调试优化。DOM在254nm处的光吸收系数(A254)、各特征荧光峰强度以及特征荧光峰总强度与TN、溶解性有机碳(DOC)均具有显著正相关性,因此利用猪场沼液DOM的光谱学特征,不仅可以指示废水中DOM成分的转化状况,也可作为判断工艺流程处理效果的依据,还能较好地表征TN和DOC,具有广泛的应用前景。     

煤化工废水零排放系统反渗透过程的水质变化特征

反渗透(RO)系统的稳定运行是煤化工厂废水实现零排放的关键。以我国北方某煤化工厂废水零排放(ZLD)系统为对象,重点分析多级RO过程中溶解性有机物(DOM)的变化特征,明确关键有机物的组成,并评价ZLD系统的运行特征与效能。结果表明,预处理可有效降低废水硬度,其他离子与污染物主要在RO阶段去除。废水中DOM主要以芳香蛋白类物质、腐殖质类物质和微生物代谢产物(SMP)类物质为主。预处理阶段对SiO₂的混凝去除效果较差(25.40%),RO进水SiO₂浓度较高,两级RO过程和高效反渗透段(HERO)对SiO₂的浓缩倍数分别为5.36/3.83,存在较高的膜面Si污染潜势。中水RO阶段有效截留腐殖质类和蛋白质类物质,而浓水RO阶段对色氨酸和SMP的去除效果较差。硅与有机物污染是RO过程的主要问题,因此,需强化预处理阶段有机物和硅的去除、优化药剂投加策略,加强对DOM和微生物的控制,进而实现系统运行效能的提升并减缓膜污染。     

掺硼金刚石/Si-Ti电极体系处理沙坦类制药生化尾水溶解性有机物的研究

沙坦类制药废水经生化处理后的外排尾水仍残留有溶解性有机物(DOM),需要深度处理。掺硼金刚石(BDD)薄膜类形稳电极是水处理领域的主要材料。剖析了沙坦类制药生化尾水的荧光特征,评估了BDD/Si-Ti电极体系深度处理沙坦类制药生化尾水DOM的性能。结果表明：沙坦类制药生化尾水有2种独立荧光组分,其中色氨酸组分(中心激发波长=250 nm,中心发射波长=350 nm)是特征荧光组分;BDD/Si-Ti电极体系深度处理沙坦类制药生化尾水的经济电流密度为10～15 mA/cm²。傅立叶变换红外光谱(FT-IR)分析显示,共轭有机物及共轭基团是此类尾水荧光的主要来源,共轭结构被BDD/Si-Ti电极体系有效分解,生成烷烃类物质,因此电解60 min后荧光基本消失。     

城市污水生物处理过程中SMP与EPS的光谱特性和荷电特征

通过研究城市污水生物处理过程中可溶性微生物产物(SMP)和胞外聚合物(EPS)的光谱特性和荷电特征,进ー步阐明城市污水生物处理各阶段SMP和EPS的结构特征。结果表明:污水生物处理过程中SMP主要含有低激发波长类色氨酸和类腐殖酸,可能还含有高激发波长类色氨酸和类富里酸其中类腐殖酸物质在此过程中逐渐被降解。紧密黏附型胞外聚合物(TB-EPS)与松散附着型胞外聚合物(LB-EPS)主要含有类色氨酸、类富里酸和类腐殖酸。此外LB-EPS和TB-EPS还分别含有低激发波长类色氨酸和另一种类腐殖酸(λ_(Ex)/λ_(Em)=(420±425)nm/(470±475)nm)。SMP、LB-EPS和TB-EPS的荧光指数分别为1.78±2.13,1.57±1.68,1.21±1.40其来源分別主要是生物来源、生物来源和陆源、陆源。且LB-EPS的荧光指数在厌氧处理阶段降低表明其所含腐殖质的芳香性增强TB-EPS则相反。三者的Zeta电位值在-11~-24 mV内,且其绝对值随生物处理进行而降低其中TB-EEPS的Zeta电位值变化相对较小。     

基于三维荧光光谱技术解析不同微生物法净化黑臭水体的效果

应用曝气、菌剂+曝气、生物促生剂+曝气、菌剂+生物促生剂+曝气4种微生物技术净化黑臭水体,分别考察了进水中溶解性有机物(DOM)的特征和来源及出水中DOM的特征和效果,采用三维荧光(EEM)光谱技术与平行因子(PARAFAC)模型相结合的方式对进出水DOM进行了分析。结果表明,不同处理方式下进出水DOM的不同组分荧光峰强度变化存在较明显的差异,经过菌剂和生物促生剂联合处理之后,对类腐殖质等难降解物质削减效果最好。FI、HIX和BIX指数分析表明各处理水样中的DOM整体处于较强的自生源特征。利用主成分分析法(PCA)对影响黑臭水体DOM的主要因素及其贡献量研究发现:第1主成分表现为陆源类腐殖质和生物源类腐殖质共存的现象,对水体中DOM的贡献率为54.98%;第2主成分反映了以微生物代谢过程为代表的内源污染,对水体中DOM的贡献率为26.56%。因此,利用三维荧光分析能够较好的反映水中DOM的去除情况,易于实时在线监测,对黑臭水治理具有重要意义。     

垃圾渗滤液处理工艺中有机污染物的三维荧光光谱

利用荧光发射和三维荧光光谱研究了三峡库区某垃圾堆场的渗滤液及其处理工艺出水溶解性有机质(DOM)的荧光光谱特性。堆场渗滤液的DOM含有类酪氨酸、色氨酸及紫外区类富里酸,特征荧光峰中心位于E_x/E_m=275 nm/305 nm,为高激发波长类酪氨酸,与前人的研究结果并不一致,这可能与垃圾的堆放期有关。渗滤液和各处理工艺出水的荧光指数f_450/500均大于1.9,表明腐殖质主要为微生物源。渗滤液在处理前后荧光峰特征和强度均发生明显改变,类蛋白荧光强度与DOC值变化趋势基本一致。生化处理工艺中,类蛋白荧光强度降低了66.4%～95.5%,紫外区类富里酸荧光强度只降低了28.8%,显示类蛋白质具有良好的可生化性,而类富里酸相对较难生化降解。三维荧光光谱能反映渗滤液处理过程中污染物的种类、性质和数量等变化信息,能快速地进行定性分析、定量评价。     

沈阳市黑臭水体溶解性有机物组分及其光学特征

以沈阳市5条黑臭水体作为研究对象,其中支流I和支流II为重度黑臭,支流III、IV和V为轻度黑臭。运用三维荧光光谱结合平行因子方法对黑臭水体中水溶性有机物(DOM)组分进行了表征,并通过与光谱数据相结合的方法,建立了DOM各组分最大荧光强度(F_(max))与归一化遥感反射率的一元线性回归方程。三维荧光分析结果显示,DOM分为2个类别3种不同组分,分别为类蛋白荧光组分C1(235nm/360nm)、类腐殖质荧光组分C2(220nm/430nm)和C3(255nm/520nm)。水体光谱分析结果表明:在250～800 nm处,有色可溶性有机物吸收系数(a_g)、总悬浮物吸收系数(a_p)曲线均随着波长的增大逐渐减小,空间变化特征明显;在特征波长440 nm处,轻度黑臭水体的有色可溶性有机物吸收系数总体上大于重度黑臭水体,重度黑臭水体总悬浮物吸收系数总体大于轻度黑臭水体。与正常水体相比,在可见光波段,沈阳市黑臭水体遥感反射率普遍较低,出现3个反射峰和1个反射谷。但支流I与其他黑臭水体不同,表面呈白灰色,导致其遥感反射率(R_(rs))呈现与正常水体类似的明显的波峰和波谷,是一类特殊的黑臭水体。线性回归分析表明,由归一化遥感反射率比值R_(688)/R_(555)与DOM组分最大荧光强度所建立的线性模型估算精度最理想。R_(688)/R_(555)与轻度黑臭水体DOM组分F_(max)的拟合程度好于重度黑臭水体。进一步研究表明,R_(688)/R_(555)与色氨酸类物质拟合程度较好,与腐殖质类物质没有明显的线性关系。     

污水处理对黑水/灰水中溶解性有机物紫外光谱及荧光光谱特性的影响

为了考察黑水/灰水中溶解性有机物(DOM)光谱特征在污水处理过程中的变化规律以及生物处理前后黑水/灰水中DOM特性上的异同,对污水处理过程中黑水/灰水DOM的紫外光谱及荧光光谱特征进行了测定分析。结果表明,黑水原水中DOM的含量远高于灰水,且含有较多难降解有机物。生物处理可实现对黑水与灰水中易降解DOM的有效去除,MBR系统中的膜分离过程也可以起到截留溶解性有机物的作用。经MBR处理后,同黑水出水相比,灰水出水中的DOM含量更低,且主要为饱和有机物,苯环C骨架的聚合程度较高,THMs生成活性更低。生物处理过程可有效去除黑水/灰水中蛋白质类物质与易降解腐殖质类物质。生物处理后,黑水与灰水的蛋白峰均消失,黑水出水类腐殖酸峰F荧光强度高于灰水出水。与黑水出水相比,灰水出水更适用作再生水加以回收利用。     

改良型AO法组合工艺中有机物的三维荧光分析

采用三维荧光(EEM)光谱技术,对上海竹园第二污水处理厂改良型AO法组合工艺运行过程中的各种溶解性有机物(DOM)进行分析,并对比研究传统好氧活性污泥法曝气池出水和A/O脱氮工艺硝化池出水DOM的EEM光谱的迁移变化特性.结果表明,各种DOM中主要的荧光物质有类蛋白质(荧光峰A和B)及类腐殖质(荧光峰C),经改良型AO法组合工艺处理后,荧光峰的强度降低了14％～60％,同时类蛋白质和腐殖质的结构也发生了变化;腐殖酸溯源表明DOM中的腐殖酸以微生物代谢产生的带有荧光基团的腐殖酸类为主.     

三维荧光光谱技术对污水处理中溶解性有机物转化过程的分析

采用三维荧光光谱技术研究合肥市某污水处理厂污水处理过程中溶解性有机物(DOM)变化过程及荧光强度与COD浓度的关系。三维荧光光谱结果显示,原水中DOM主要由低激发波长色氨酸、高激发波长色氨酸和可见光区类腐殖酸组成;经过厌氧处理后,高激发波长色氨酸、低激发波长色氨酸荧光强度明显降低,分别从759.5、849.3降到388.6、387.4,同时在厌氧处理阶段有可见光区类富里酸生成,荧光强度为459.8。后续缺氧—好氧—沉淀—过滤—消毒处理中,低激发波长色氨酸、高激发波长色氨酸荧光强度基本都呈现降低趋势,最终出水的荧光强度分别为201.9、164.3。低激发波长色氨酸荧光强度、高激发波长色氨酸荧光强度、色氨酸荧光强度之和与COD浓度的相关系数(R2)分别为0.973 2、0.938 4、0.957 6。研究表明,利用三维荧光光谱技术可以阐明污水处理过程中DOM的变化过程及快速准确测量COD浓度。     

城市污水厂污泥化学调理深度脱水机理

城市污水厂剩余污泥脱水是当前实际生产中亟待解决的问题。考察了厦门市集美污水厂剩余污泥经FeCl3和CaO,投加量分别为污泥质量分数的0.5%～0.7%和1.0%～1.5%化学调理前后污泥粒度、形态及胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)的变化。结果表明,调理后污泥比阻降低86%,污泥颗粒之间细碎紧密,细菌表面变得粗糙,经板框压滤后含水率低于60%。由三维荧光光谱(three-dimensional emission and excitation matrixs,EEM)光谱分析可知,LB-EPS(loosely bound-EPS)同TB-EPS(Tightly bound-EPS)的荧光峰整体发生红移,出现位于IV区域的色氨酸类蛋白质荧光峰Ex/Em=313/380 nm。FeCl3和CaO的加入一方面破坏了污泥颗粒的细胞结构,使EPS大量溶出,细胞结合水变成表面吸附水;另一方面Fe3+和CaO水解,中和污泥负电荷,通过压缩双电层作用破坏污泥胶体颗粒的稳定,去除表面吸附水,大幅提高了污泥的脱水性能,利于进一步板框压滤脱水。     

沸石生物联合吸附再生工艺中溶解性有机物的特性变化

利用三维荧光技术(EEM)和凝胶过滤色谱法(GFC)研究了沸石生物联合吸附再生(ZCS)工艺中溶解性有机物(DOM)在系统中的变化规律.结果表明,生活污水DOM中主要的荧光物质有类蛋白质(荧光峰A和B)和类腐殖质(荧光峰C),经ZCS工艺处理后,荧光峰B较峰A的强度降低更多,说明类蛋白质的组成结构发生了变化;荧光峰C削...     

白水江表层沉积物溶解性有机质荧光特性研究

为探究白水江表层沉积物溶解性有机质(DOM)荧光特性,2018年3月采集研究区深度为0～20cm的沉积物,采用三维荧光光谱技术、区域积分法和荧光指数法,确定主要荧光物质种类,并结合表层水基本参数等数据分析荧光组分的来源、转化过程与空间分布差异。结果表明:(1)白水江表层沉积物DOM以类蛋白有机物为主,其中可溶性微生物降解产物占总体荧光物质相对含量的64.56%～73.06%;各断面均出现明显的可溶性微生物降解产物荧光峰;相比上游,中、下游荧光强度逐渐增强,并出现类酪氨酸与类色氨酸荧光峰。(2)上游至下游,总荧光组分、各荧光组分含量均呈现逐渐升高的趋势。人类活动可能是造成白水江表层沉积物DOM荧光组分存在空间分异的主导因素。     

城市污水处理过程中溶解性有机物转化特性

运用反渗透技术对城市处理厂进出水中的溶解性有机物(DOM)进行浓缩富集,利用DAX-8大孔树脂将DOM分为亲水物质(Hy I)、类富里酸(FA)和类腐殖酸(HA)3种组分。研究表明,原污水中有机物各组分经生物处理后的总量去除近90%,各组分所占总TOC的百分含量在生化反应过程中也发生了变化:出水中HA组分有降低的趋势,平均下降9.77%,而FA和Hy I两大组分所占总和呈现上升趋势,其中类FA物质升高7.94%,而Hy I组分百分比略有下降。与进水相比,出水中Hy I、FA和HA组分在Ⅲ(色氨酸)、Ⅳ(酪氨酸)区的荧光峰全部消失,而在Ⅰ(类腐殖酸)、Ⅱ(类富里酸)荧光峰变化不大。SUVA和电位滴定结果表明出水有机物的结构发生变化,各组分的芳香性比进水有机物有所增加。研究结果表明,进水中的有机物在污水处理过程中,小分子物质可以被生物利用并形成新的代谢产物释放到水中,大分子物质却较难被生物利用,但在处理过程中其分子构造在一定程度上被微生物改变,系统的生化驯养可以达到构造改变的效果,从而影响出水各组分分子量变化。     

造纸工业园区污水处理厂溶解性有机物迁移转化规律

在对某造纸工业园区污水处理厂污染物变化规律分析的基础上,采用UV-vis光谱、凝胶色谱和三维荧光等指纹图谱手段对溶解性有机物(DOM)特性进行表征。结果表明,该工业园区污水处理厂能够有效去除以造纸废水为主的混合污水中的有机污染物。UV-vis光谱和凝胶色谱分析表明:水解酸化可将大分子有机物分解成小分子,腐殖化程度降低;高级氧化深度处理后小分子物质所占比例明显增加。三维荧光光谱结果表明,DOM中主要的荧光物质包括色氨酸类蛋白质、芳香族类蛋白质、类腐殖酸、类富里酸物质和酪氨酸类蛋白质。水解酸化可以提高芳香族类蛋白质、类腐殖酸和类富里酸的含量。高级氧化则能有效降低类蛋白质和类腐殖酸物质的含量。     

荧光光谱与OUR联用表征内源呼吸过程

采用荧光光谱与耗氧速率(OUR)相结合的方法,探究了内源呼吸过程中微生物代谢状态变化的典型特征。结果表明,OUR变化率曲线中的拐点可以将内源呼吸划分为3个阶段。通过荧光光谱监测发现,在2~4 d时胞外聚合物(EPS)出现了突然增多的现象,疏松结合的胞外聚合物(LB-EPS)中峰A(Ex/Em=230 nm/(334~338)nm)、峰B(Ex/Em=(280~285)nm/(334~344)nm)的荧光强度分别升高了447%、128%,紧密结合的胞外聚合物(TB-EPS)中峰A、峰B的荧光强度分别升高了471%和128%,且COD的去除率在第4天达到最大为91.7%,表明位于此区域的微生物活性高、代谢状态好且污染物去除率高。LB-EPS和TB-EPS的荧光特性及OUR变化率可以指示内源呼吸3个不同阶段的变化,但TBEPS对内源呼吸过程的划分更为准确,而OUR变化率在实际操作中更具有意义。     

光谱与呼吸图谱联用判定河流污染状态与自净能力

河流污染状态一般采用化学水质或生物等指标单独描述,目前尚缺少简便易行且可同时从化学与生物角度进行定量描述的指标。针对这一问题,采用三维荧光光谱、紫外吸收光谱与呼吸图谱联用的分析方法研究了纳污河、自然水体与污水处理厂各处理单元水样的溶解性有机物(DOM)的空间分布特征与河流微生物的呼吸特征。结果表明,光谱法可快速对河流有机污染物的种类进行辨别,而呼吸图谱具有识别河流自净能力的特点,其中类色氨酸(T峰与D峰)、类酪氨酸(S峰)、腐殖质(C峰)、富里酸(A峰)是指示不同污染程度的重要指标。通过呼吸图谱与荧光光谱联用(T峰)可快速对污染程度和自净能力进行区分,从而为河流的管理与自净能力的恢复提供参考。     

SBR-混凝处理渗滤液过程中有机物的变化特征

考察了SBR-混凝组合工艺对垃圾渗滤液中溶解性有机物(DOM)不同分子量区间物质及组分腐殖酸(HA)、富里酸(FA)和亲水性有机物(Hy I)的去除效果,同时利用傅里叶红外光谱及三维荧光光谱对处理过程中DOM各组分变化特性进行了分析。结果表明,组合工艺对表观分子量为2 000~4 000及2 000的DOM去除率分别为89.3%和72.1%;对渗滤液DOM组分HA、FA和Hy I的去除率分别为-52.0%、73.1%和77.1%。红外光谱显示,DOM各组分都含有醇、羧酸、脂等多种有机物,SBR对糖、醇、羧酸等去除效果较好,而混凝对脂肪族及芳香族化合物去除效果较好;三维荧光光谱分析表明,经组合工艺处理,DOM各组分荧光峰强度及复杂化程度明显降低,且SBR工艺对色氨酸等类蛋白物质去除效果较好,混凝工艺对类腐殖酸、类富里酸等大分子物质的去除效果较好。