膜-生物反应器中溶解性有机物的三维荧光分析

采用三维荧光技术研究了膜-生物反应器(MBR)处理生活污水过程及膜污染物中溶解性有机物(DOM)的变化,并与传统的厌氧/缺氧/好氧(AAO)活性污泥工艺进行了对比.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)及类腐殖质(荧光峰C),经MBR处理后,荧光峰的强度降低了16%~35%,同时类蛋白质的结构也发生了变化.与好氧段滤液相比,溶解性膜污染物中类腐殖质含量较低,主要的荧光物质为分子量较小、共轭性较弱的类蛋白质.AAO工艺中厌氧段加强了对荧光峰A和C的去除,处理过程中类蛋白质结构的变化与MBR工艺有显著不同.     

微生物降解影响下湖泊草源DOM与重金属的相互作用

通过微生物降解实验以及荧光滴定法研究草源溶解性有机质（DOM）光谱特性的不同以及铜（Cu）与草源DOM在微生物降解影响下的相互作用.三维荧光光谱结合PARAFAC分析显示,草源DOM含有3个荧光组分,新鲜的草源DOM以类蛋白质组分C2为主,微生物降解之后类腐殖质组分C1和C3成为草源DOM中的主要物质.二维相关光谱（2D-COS）,表明类蛋白物质在微生物降解过程中比类腐殖物质有着更高的敏感度和更快降解速率.并且随着Cu的增加,草源DOM中所有组分的荧光强度在微生物降解前后均发生明显猝灭.草源DOM原始样品中类腐殖质组分的络合常数大于类蛋白质组分,说明相比于类蛋白质组分,原始草源DOM中的类腐殖质组分有着更高的金属结合能力.而类蛋白质组分的络合常数在微生物降解之后的草源DOM中却高于类腐殖质组分.微生物降解对草源DOM的光谱特性以及金属结合能力有着显著影响,并对湖泊中重金属的生物有效性以及生态风险有着重要的意义.     

微生物降解影响下湖泊草源DOM与重金属的相互作用

通过微生物降解实验以及荧光滴定法研究草源溶解性有机质（DOM）光谱特性的不同以及铜（Cu）与草源DOM在微生物降解影响下的相互作用.三维荧光光谱结合PARAFAC分析显示,草源DOM含有3个荧光组分,新鲜的草源DOM以类蛋白质组分C2为主,微生物降解之后类腐殖质组分C1和C3成为草源DOM中的主要物质.二维相关光谱（2D-COS）,表明类蛋白物质在微生物降解过程中比类腐殖物质有着更高的敏感度和更快降解速率.并且随着Cu的增加,草源DOM中所有组分的荧光强度在微生物降解前后均发生明显猝灭.草源DOM原始样品中类腐殖质组分的络合常数大于类蛋白质组分,说明相比于类蛋白质组分,原始草源DOM中的类腐殖质组分有着更高的金属结合能力.而类蛋白质组分的络合常数在微生物降解之后的草源DOM中却高于类腐殖质组分.微生物降解对草源DOM的光谱特性以及金属结合能力有着显著影响,并对湖泊中重金属的生物有效性以及生态风险有着重要的意义.     

城市污水厂活性污泥胞外聚合物的三维荧光特性分析

对厦门5个城市污水处理厂活性污泥溶解性有机物SMP,松散型胞外聚合物LB-EPS和紧密结合型胞外聚合物TB-EPS的三维荧光光谱分析表明,SMP,LB-EPS和TB-EPS都有3个明显的特征峰,其中Peak A(Ex/Em=225~230/335~350nm)和Peak B (Ex/Em= 275~280/330~350nm)都为类蛋白荧光物质,Peak C(Ex/Em=320~350/420~445nm)为腐殖酸类荧光物质.LB-EPS和TB-EPS荧光峰强度同其对应的TOC浓度有一定相关性.荧光强度综合指数FRI分析表明,微生物副产物更多的存在于TB-EPS中,其FRI总和同TOC浓度呈一定相关性.     

污泥热水解过程中有机物分子量和荧光特征变化规律

运用三维荧光光谱技术对污泥热水解过程中不同分子量范围内有机物的荧光特性进行了研究.结果表明,在原污泥和热水解污泥各分子量范围内均有4 个明显的荧光峰:Peak A [Ex/Em 为(240~260nm)/(379~457nm)]、Peak B [Ex/Em 为(275~290nm)/(305~351nm)]、Peak C[Ex/Em 为(315~340nm)/(372~445nm)]和Peak D [Ex/Em 为(350~425nm)/(438~495nm)],分别为紫外区类富里酸荧光、类蛋白荧光、可见区类富里酸荧光、类腐殖酸荧光.污泥中的类富里酸荧光物质和类腐殖酸荧光物质在热水解过程中发生的主要反应是溶解液化,而类蛋白荧光物质发生的主要反应是水解反应.     

东江流域主要支流溶解性有机质污染特征初探

溶解性有机质（DOM）是天然水体的重要组成部分,其组分构成及含量能够反映河流污染特征。研究利用三维荧光光谱技术对2014年3—4月东江流域8条一级支流下游DOM的荧光组分进行分析。通过寻峰法和平行因子分析（PARAFAC）识别出两种类腐殖质组分（Peak A和Peak B）和两种类蛋白质组分（Peak C和Peak D）;并结合常规水质指标,探索各支流的主要污染源,为东江流域水质管理提供科学依据。结果表明：1)东江流域淡水河和石马河两种类蛋白质显著高于其他支流,两种类腐殖质出现缺失现象。2）8条支流样点的DOM中,Peak C、Peak D与各常规水质参数相关性显著,说明东江流域DOM能够较好地反映水质情况。3）东江流域中上游支流自然生境良好,受到人为活动影响强度低。中游支流受农业及工业的双重污染,类腐殖质及类蛋白质的含量较上游河流有显著增加。下游支流受人为活动影响剧烈,河岸带自然生境破坏严重,河岸固化,使得类腐殖质缺失;工业废水及生活污水大量排放,类蛋白质含量显著上升。4）与国内外其他河流相比,东江流域各支流、珠江干流广州河段及河口、辽河流域太子河均呈现以类蛋白质为主要组分,与长江流域以及国外河流存在显著差异,说明东江流域人类产生的有机污染严重,亟须治理。     

海泡石与生物质炭强化厌氧处理养猪废水

探讨了海泡石与生物质炭投加对于厌氧技术处理养猪废水效能的影响,并通过三维荧光光谱(EEM)与傅里叶红外光谱(FTIR)分析了海泡石与生物质炭对于厌氧污泥溶解性微生物产物(SMP)及胞外聚合物(EPS)组分的影响.结果表明,投加海泡石与生物质炭后,提高了厌氧反应器对COD与氨氮的去除效果,对COD的平均去除率分别提高了10.1%与15.4%,对氨氮的去除率最高分别达到了50.9%和71.5%.对于厌氧污泥SMP而言,投加海泡石后,其FTIR光谱中2930cm~(-1)、1460cm~(-1)处的吸收峰减弱,表明其对养猪废水中大分子有机物的去除效果有一定程度增强;而投加生物质炭后,其EEM光谱中类富里酸(Ex/Em=340nm/420nm)的吸收峰强度降低,从而提高了厌氧反应器出水水质.对于厌氧污泥EPS而言,通过EEM分析可知,投加生物质炭后厌氧污泥中简单类蛋白(Ex/Em=225nm/340nm)吸收峰、色氨酸类蛋白(Ex/Em=280/340nm)吸收峰强度增大,蛋白含量的提高有利于厌氧污泥的絮凝;同时出现了辅酶F420(Ex/Em=420nm/470nm)的吸收峰,这表明加入生物质炭后,厌氧反应器内产甲烷菌活性更佳,为厌氧反应器对养猪废水的高效处理提供了保障.     

小球藻来源溶解有机质的光化学降解特性

利用三维荧光光谱-平行因子分析(EEM-PARAFAC)手段结合吸收光谱分析,研究了小球藻指数期和稳定期培养液中溶解有机物(DOM)在秋季天然太阳辐射作用下的光降解动力学特征.结果表明,小球藻生长过程中除能产生短波激发类腐殖质组分C1(其荧光峰的激发/发射波长位置为240,335 nm /406 nm)及类蛋白质组分C3(225,275 nm/334 nm)外,还会形成长波激发类腐殖质组分C2(260,395 nm /502 nm),表明C2组分并非仅有传统认为的陆源属性,同时也具有自生源属性.稳定期培养液的吸收光谱在250~300 nm范围内出现的肩峰,可用于指示水环境中现场自生源的贡献.不同生长时期培养液中DOM的吸收系数和荧光组分的降解动力学都符合一级反应方程.稳定期类腐殖质荧光组分(C1和C2)的光降解程度略高于指数期,但指数期类色氨酸组分(C3)的光降解程度略高于稳定期.经太阳辐照6 d后,小球藻培养液的吸收系数a₃₅₀及各荧光组分的平均损失率分别达到83.0%、84.0%、64.8%和80.0%,对应的半衰期只有1.6~5.0 d,揭示出藻类自生来源的DOM具有很强的光化学降解活性.     

褐水厌氧共消化中DOM荧光光谱特征及效应研究

文章以褐水(粪便)为底物,研究了不同共基质添加对厌氧消化甲烷产量的影响,并对过程中溶解性有机物(DOM)的三维荧光特征进行探究,研究了有机组分的变化对产甲烷的影响关系。结果表明,花生秸秆共消化组和褐水单消化组的累积甲烷产量分别为649和309 mL/g VS。采用三维荧光光谱结合平行因子分析发现,褐水单独消化和共消化过程的DOM均以微生物内源性产生为主。厌氧消化后,各反应器中色氨酸类蛋白荧光峰强度均显著降低,褐水单消化组的类腐殖质有所增加。4组条件消化全过程的DOM含有4个组分:紫外腐殖酸类、微生物源腐殖酸类、色氨酸类和酪氨酸类。褐水单消化组的类蛋白质组分(色氨酸、酪氨酸类)荧光强度综合较低,腐殖质类组分荧光强度相对较高,难以生物降解,这导致了厌氧效率不佳。共基质添加可以调节体系碳氮比和溶解性有机物含量,降低褐水厌氧消化中的类腐殖质的比例,并提高甲烷产率。     

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.     

缓冲液盐度对热提取活性污泥胞外聚合物的影响

采用热提取法提取污泥中微生物细胞外的胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substance,EPS),分析了不同提取时间、提取温度、缓冲液盐度对污泥中EPS提取效果的影响,并采用平行因子模型(PARAFAC模型)分析了不同缓冲液盐度下EPS的荧光组分及特性,探究了缓冲液盐度对热提取污泥EPS的影响.结果表明,缓冲液盐度对热提取EPS的组分和荧光物质的强度均产生影响,0.50%的氯化钠缓冲液盐度条件下松散型EPS(loosely bound EPS,LB-EPS)组分含量及荧光物质最佳,0.05%氯化钠缓冲液盐度条件下紧密型EPS(tightly bound EPS,TB-EPS)的提取效果最佳;当提取时间为40 min,提取温度为70℃时,总EPS含量达(93.26±2.07)mg·g~(-1)(以VSS计);三维荧光结果显示,不同缓冲液盐度条件下污泥中EPS均包含类蛋白质(C1:λ_(Ex)/λ_(Em)=290 nm,302/350 nm)、类色氨酸(C2:λ_(Ex)/λ_(Em)=278 nm,340 nm)、类胡敏酸(C3:λ_(Ex)/λ_(Em)=310 nm,410 nm)和类腐殖酸(C4:λ_(Ex)/λ_(Em)=380/420 nm,474/514 nm)4类荧光组分峰,在溶解性EPS(SMP)和LB-EPS中类色氨酸的荧光强度最高,TB-EPS中类蛋白质荧光强度最高.因此,合适的热提取缓冲液盐度,有利于污泥EPS中各组分的高效提取.     

春灌背景下黄河上游清水河流域DOM的空间分布规律

运用三维荧光光谱技术结合紫外-可见吸收光谱表征技术,以及各种分析统计方法,对清水河流域水体中溶解性有机质（DOM）的空间分布、光谱特征及污染来源进行了解析,以期为黄河流域水环境治理及污染溯源提供较为可靠的信息.结果表明清水河流域春灌季水质指标空间差异性较大.DOM中类蛋白质物质浓度高于类腐殖质物质浓度,自生源特征强于陆源特征,且新生成的DOM占比较大,即DOM主要来源于水体微生物活动和细菌降解代谢的产物.PARAFAC解析得到6个主成分,包括4个类蛋白质组分（C1、C2、C3、C5）和2个类腐殖质组分（C4、C6）,其中类蛋白质组分的空间差异性大于类腐殖质组分,受水库水和污水处理厂排水等水体内源影响较大.PCA分析得到4个主成分,组分C5、氟离子、组分C2和HIX可分别作为该4个主成分的描述性指标.     

长江溶解有机质三维荧光光谱的平行因子分析

利用三维荧光光谱(EEMs)研究了2009年9月长江上游至河口近4000km主流区域溶解有机质(DOM)的荧光组分特征及分布变化,结合紫外可见吸收光谱a350,旨在认识长江DOM的组成、来源和迁移转化过程.通过平行因子法(PARAFAC)解谱,得到3个类腐殖质组分H1、H2、H3及2个类蛋白质组分P1、P2.溶解有机碳(DOC)在上游浓度最低,在三峡库区万州附近明显增加,而后趋于稳定.荧光组分峰值之和(∑Fluo)呈类似趋势,和DOC相关性分析(R2=0.92)说明EEMs-PARAFAC可有效示踪溶解有机质的分布.其中蛋白质信号∑P约占∑Fluo的1/4,叶绿素a与∑P、DOC的弱相关性说明自生源不能主导DOM荧光组分分布;不同类腐殖质组分变化趋势不同,H3(Ex/Em:250/450~485nm)在库区后的水体有明显富集,而H1、H2占∑Fluo百分比则有所下降,a350也呈优先降解的趋势,反映了长江DOM迁移转化过程的选择性.     

厌氧微网反应器处理生活污水膜污染物研究

采用涤纶网加工的微网膜组件与厌氧反应器结合构成厌氧微网生物反应器用于处理城市生活污水。在不同反应器形式和水力停留时间条件下反应器稳定运行了144 d。研究结果表明完全搅拌反应器在膜通量12 L/(m2.h)条件下跨膜压差变化较小,整体出水水质高于无搅拌式反应器。通过膜面SS含量测定、粒径和三维荧光光谱分析等方法对膜面污染物进行了系统分析。无搅拌式AnFBR随着停留时间的延长,膜面污染物的SS减少,粒径减小;完全搅拌式AnFBR膜面污染物的SS最少,粒径最小。三位荧光分析表明SMP主要有2个类蛋白质荧光峰A和B,中心位置(Ex/Em)分别位于230~235/335~350 nm及280~290/330~355 nm,EPS样品中除了峰A和峰B外还有2个峰,峰C位置(Ex/Em)在340~350/435~445 nm,与类富里酸物质有关,峰D位于420~440/465~515 nm,与类腐殖酸物质有关。     

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...     

工业园区污水厂溶解性有机物转化规律研究

在对某工业园区污水处理厂污染物变化规律分析的基础上,采用紫外-可见、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进水BOD5/COD仅为0.06,水解酸化对可生化性的改善程度不高,经缺氧/厌氧/好氧(倒置AAO)生物处理和混凝沉淀深度处理后,COD去除率仅为25.6%。紫外-可见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,DOM的分子量分布变宽;混凝沉淀深度处理后DOM中小分子物质所占比例明显增加。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、类腐殖酸和类富里酸类物质。水解酸化会降解类腐殖酸和类富里酸类物质,提高芳香族类和色氨酸类蛋白质的含量。倒置AAO工艺会削减类蛋白质物质的强度,提高类腐殖酸和类富里酸物质的含量,混凝沉淀过程则会部分去除荧光类物质。     

西北内陆小流域水体DOM三维荧光光谱特征

利用三维荧光光谱与平行因子分析结合,文章对西北内陆小流域15个采样点的表层水体溶解性有机物(DOM)的荧光光谱特征、组成成分、荧光强度进行研究,并结合常规水质指标,利用相关性分析法对研究河段DOM来源特征进行探讨。结果表明:受人类活动及企业、农业污染点源的中下游研究河段COD浓度值偏高,TN浓度呈递减趋势;水体DOM主要存在3种荧光峰,分别是类腐殖质荧光峰A、类富里酸荧光峰C及类蛋白荧光峰T,且DOM的沿程分布存在差异性,类腐殖质组分表现为:中游>下游>上游,分析发现,DOM来源既有人类活动参与,又有内部微生物活动共同作用。平行因子分析方法解析出水体中DOM主要包含3种组分:类腐殖酸组分C1、类色氨酸组分C2、类富里酸组分C3,在DOM组成中类腐殖酸所占比例高达41.52%,类色氨酸物质次之(29.91%),类富里酸所占比例为28.57%;3组荧光组分之间均有极显著相关性,说明类腐殖质同类蛋白质具有同源性,C1、C2、C3与总磷呈正相关,表明水体中总磷含量产生的主要源头为可溶性有机物,DOC与3个组分的相关系数较高,故可以用荧光组分作为水体中DOC指标的有效示踪。     

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。     

污水处理厂污泥水溶解性有机物的光谱特性分析

污泥水是污水处理厂污泥浓缩、稳定、脱水等环节产生的废水,具有污染物浓度高、成分复杂的特点.采用三维荧光光谱和红外光谱研究了污泥水中溶解性有机物(DOM)的光谱特性.污泥水荧光性DOM(FDOM)可利用平行因子分析划分为6个荧光组分,分别为类蛋白质组分C1(275/355 nm)、C4(235/350 nm)和C6(275/305 nm),及类腐殖酸组分C2(250,340/440nm)、C3(320/380 nm)和C5(250/465 nm).重力浓缩和机械浓缩污泥水中COD与所有类腐殖酸组分均正显著相关(P0.01),类蛋白质组分对其影响不大.离心脱水污泥水中组分C1、C4和C5含量明显上升.深度脱水污泥水中FDOM荧光峰位置和强度与其它污泥水存在显著差异,C3和C6分别较离心脱水污泥水升高15.63和7.30倍.与浓缩污泥水相比,离心脱水污泥水中多糖和腐殖酸吸收峰增强,而深度脱水污泥水中蛋白质大量释放,金属离子会与腐殖酸和蛋白质络合引起DOM结构变化.     

基于EEM-PARAFAC解析厌氧生物滤池对城市污染河流中DOM的转化特性

为探究厌氧生物滤池(AF)处理城市污染河流的最佳工况和运行效能,以新河河水为研究对象,运用三维荧光光谱结合平行因子法(EEM-PARAFAC),研究AF中试试验系统在不同水力停留时间(HRT)及温度条件下对溶解性有机物(DOM)的转化特性. 结果表明:①河水中DOM主要包含3种荧光组分,其中,C1为类腐殖质物质,C2为类蛋白物质,C3为类腐殖质物质,类蛋白和类腐殖质物质平均占比分别为53.45%和46.55%. ②AF运行稳定后COD平均去除率为30.75%,出水UV₂₅₄降低19.80%;荧光组分分析表明,DOM的降低主要归因于C2和C3的有效转化,且提高温度和HRT有助于DOM的进一步降低. ③UV₂₅₄和<10 kDa的DOM沿程逐步减小,3~10 kDa和<3 kDa的DOM去除率分别为64.29%和22.81%;沿程出水三维荧光光谱显示,AF前端微生物活性较高,C1和C3变化较小,C2先升高后逐步下降,最终出水DOM总荧光强度出现明显的降低,表明AF第1级滤层是DOM去除和转化的主要区域. 研究显示,常温且HRT=24 h工况下,AF能够在一定程度上将难降解有机物转化为易降解有机物,有效去除城市污染河流中的DOM,可作为处理城市污染河流的潜在预处理手段.