天然水体溶解性有机物(DOM)分级组分对典型城市源污染的荧光响应

运用化学(树脂)分级方法和三维荧光光谱技术,从总体溶解性有机物(DOM)到DOM各分级组分,逐步深入考察其总体分级特征及各组分三维荧光特征对典型城市生活源污染的响应特征和机理. 总体DOM分级特征对污染的产生和变化响应较弱,而DOM的分级组分对生活源污染具有较好的响应特性. DOM的总体分级特征表明,无污染的源头水DOM中以憎水酸(HoA)为主(相对含量最高),其次为亲水性物质(HiM),而受污染水体DOM中的憎水性碱和中性物质(HoBN)及弱憎水酸(WHoA)的绝对含量和相对含量均明显增高,表明用HoBN和WHoA组分相对含量的增加指示污染的增加具有一定的可行性. 研究各分级组分的三维荧光光谱结构特征表明,HoA,HoBN及HiM均对城市源污染具有良好的响应特性,受污染水体的HoA和HoBN组分荧光特征信息更为突出和丰富,且主要为具有紫外吸收的生物代谢类蛋白物质;最为特异的是WHoA组分,其在源头水中主要为含共轭结构的富里酸类物质,而在受污染水体中该类物质几乎消失且荧光响应也急剧降低. 分析式分级法获得的水体DOM主要分级组分对城市源污染具有较好的响应特性.      

阿哈水库DOM的分离及其对消毒副产物的贡献

为研究高原喀斯特湖库DOM（dissolved organic matter,溶解性有机质）的组成及其化学特征对DBPs（disinfection by-products,消毒副产物）生成路径的影响,以西南喀斯特地区贵阳市阿哈水库的DOM为研究对象,结合XAD大孔树脂分离技术,通过化学表征〔包括UV-Vis（紫外-可见光光谱）、FTIR（红外光谱）和3D-EEM（三维荧光光谱）〕手段来研究各组分对C-DBPs（含碳消毒副产物）和N-DBPs（含氮消毒副产物）的生成贡献.不同组分芳香性的大小依次为HON（憎水中性物）> HIB（亲水碱）> HOA（憎水酸）> HIN（亲水中性物）≈HIA（亲水酸）> HOB（憎水碱）.憎水与亲水DOM的DBPs生成潜能相近.其中,HON最高,其次为HIB和HOA.HIB和HOA的主要卤代反应位分别来源于藻类有机物的蛋白质和富里酸,而HON的DBPs生成潜能的贡献主要为分子中的芳香和共轭不饱和结构.HIA和HIN的构成主要为脂肪烃,贡献较低的DBPs的生成潜能.对于C-DBPs,THMs和HAAs的生成潜能总体相近,不同组分的差异明显.对于N-DBPs,卤乙腈的生成潜能占80%以上,憎水DOM的贡献较高.DBPs的生成路径从UV-Vis、FTIR和3D-EEM的官能团和特征峰解析结果中均得到了较好的响应.      

珠江水体中有机物分布、组成及与消毒副产物生成的关系

以珠江水体为研究对象,利用XAD树脂分离溶解性有机物(DOC)中的腐殖质及其他有机组分.考察了珠江中DOC的质量浓度、组成分布、SUVA254和三卤甲烷生成势(THMFP),并分析有机物的组成与三卤甲烷生成势(THMFP)之间的关系.结果表明,珠江水域在广东省内的DOC质量浓度为0.7～33.0 mg.L-1,THMFP为30.39～1 091.52μg.L-1,两者呈正比例线性相关.在空间分布上,各支流的DOC质量浓度和THMFP均沿下游方向逐渐增加,而腐殖质在DOC中所占的质量分数却沿下游方向逐渐递减.在加氯实验中,腐殖质是珠江中最主要的消毒副产物前驱物(产生了珠江中64.6%的三卤甲烷),其三卤甲烷生成活性(STHMFP)是其他有机组分的2倍以上.另一方面,SUVA254和腐殖质的质量分数呈正比例线性相关,说明SUVA254对珠江水中消毒副产物前驱物也有一定的指示作用.     

融雪期城市河流中溶解性有机物的时空分布特征

以沈阳市新开河为研究对象,考察了河水中溶解性有机物(DOM)含量的月份变化,以及融雪期河水中DOM含量和特性的时空变化规律.利用XAD树脂将DOM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).结果表明,融雪期河水中的溶解性有机碳(DOC)浓度较高,HPO-N和TPI-N是融雪期河水中的主要DOM组分,并且DOM中的荧光物质主要为类芳香族蛋白质荧光物质和类腐植酸荧光物质.融雪期水体中的DOC、波长254nm处的紫外吸光度(UV-254)和三卤甲烷生成势(THMFP)呈先降低然后波动最后升高的变化趋势.特征紫外吸光度(SUVA)和三卤甲烷生成活性(STHMFP)与以上三者的变化规律相反.融雪期河水中的DOC受污水排放影响大,有排污口处的DOC含量明显大于其他区域.污水排放也使受纳水体中UV-254对THMFP的指示作用减弱.     

污水厂二级出水中THMs前体物卤代活性荧光光谱分析

通过分析城市污水处理厂二级出水中溶解性有机物(DOM)及其XAD树脂分级组分的荧光光谱,研究了DOM的结构特性以及DOM中的THMs前体物在加氯消毒过程中的反应特性与荧光强度之间的相关性.三维荧光光谱显示DOM分级组分中均存在富里酸类、腐殖酸类、芳香性蛋白质类及微生物沥出物类荧光特征峰, 且以芳香性蛋白质类和富里酸类荧光物质为主.荧光光谱区域积分法(FRI)定量分析结果表明,4类荧光物质在DOM各分级组分中的累计荧光强度(ΦT,n)分布与其在二级出水中的分布趋势较相似,总体上呈现疏水性有机酸(HPO–A) >过渡亲水性有机酸 (TPI-A)>过渡性亲水性中性物质(TPI-N)>疏水性有机中性物质(HPO-N)>亲水性物质(HPI).此外,ΦT,n与单位浓度DOC在紫外254nm处的吸光度值(SUVA)及三氯甲烷生成活性(STHMFP)有较好的相关性,但与DOC相关性较差.同步荧光光谱结果表明,在单位DOC条件下,总DOM中稠环类芳香性物质的含量高于DOM各分级组分,而DOM各分级组分中稠环类芳香性物质的含量少于腐殖酸类物质的含量.     

氯化对二级处理出水中溶解性有机物结构的影响

以哈尔滨市W污水处理厂污水为研究对象,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).考察了二级处理出水中有机组分的组成分布、三卤甲烷生成势、紫外光谱和红外光谱.结果表明,二级处理出水中的主要成分是HPO-A和HPI,两者含量之和达70.8%.HPO-A是加氯消毒时产生三卤甲烷的主要有机组分,其三卤甲烷生成活性(STHMFP)为232.9μg/mg.而HPO-N、TPI-A、TPI-N和HPI的STHMFP介于100～125μg/mg之间.氯化反应后,HPO-A、HPO-N、TPI-A和HPI的紫外-可见吸光度均降低,而TPI-N则相反.并且HPO-A、HPO-N、TPI-A和TPI-N中的O-H、C=C和苯环的含量降低,而C-O的含量升高,还生成了C=O和C-Cl.     

冬季Z市水源DOM组成、三卤甲烷生成势特性及去除研究

以冬季Z市水源地2条入库河流为研究对象,通过联合运用三维荧光光谱、树脂分离分级和紫外可见分光光度法,探究水源地原水中溶解性有机物(DOM)的荧光成分、来源、组成、腐殖化程度与消毒副产物三卤甲烷(THMs)生成势的关系.结果表明:三维荧光光谱解析出水源地2条入库河流原水中共有类蛋白物质(C1)、紫外腐殖酸类物质(C2)、...     

典型南方水源溶解性有机物分子量分布变化及去除特性

用超滤膜法对以东江为水源的深圳水库水体溶解性有机物(DOM)进行物理分级表征,研究了2005年3～9月原水中DOM分子量分布的连续变化特性,以及各分子量范围的DOM组分与消毒副产物三卤甲烷生成势(THMFP)之间的关系结果表明,在此原水DOM中,相对分子量小于1000的有机物所占比例最高(平均值为41.15%(以DOC计)),这说明东江原水中DOM主要以小分子量有机物为主,此分子量范围有机物所产生的THMFP在原水中所占比例均值为32.23%水处理研究表明,常规工艺和深度处理工艺对其DOC和THMFP的去除率均不高.对原水总DOC的贡献占第二位的是分子量在104～3×104之间的有机物(均值为24.07%),其对总THMFP的贡献率为29.09%,常规工艺对此分子量范围有机物去除效果很好.     

有机肥施用下稻田田面水中消毒副产物前体物的赋存规律

稻田有机肥输入会使田面水含有含量的溶解性有机碳(DOC).溶解性有机物(DOM)是具有三致效应的消毒副产物(DBPs)的前体物,而DOC是用于表征DOM浓度的一个指标.本研究旨在评估水稻田田面水的三卤甲烷(THMs)前体物的生成反应性,解析猪粪有机肥对于THMs前体物从水稻田输出的潜在影响.于水稻种植季选取4个猪粪施用梯度(以C计,下同)(0[对照],714.1[低],1428.2[中]与2142.3[高]kg·hm-2),检测了稻田田面水中的DOC,UVA254与三卤甲烷生成潜能(THMFP).结果表明,3个指标两两之间呈线性相关性.田面水中以上3个指标都与有机肥施用量呈正相关性.在施肥后的7d内,DOC的输出潜能降低了32.9%至47.5%.有机肥施用与预期的降雨或灌溉之间的时间间隔相隔一周以上,将能在满足作物营养需求的条件下降低消毒副产物前体物输出的风险,使稻田土壤成为DOC的汇而非DOC输出至周边水体的源.     

太湖、钱塘江取水口底泥及周边土壤有机物形成消毒副产物的特征研究

底泥、土壤均是水体有机物的重要来源,但目前相关消毒副产物(DBPs)形成方面的研究偏少.本研究以长三角重要水源地太湖、钱塘江取水口的底泥和周边土壤的浸出液为研究对象,探索氯、臭氧+氯、氯胺、臭氧+氯胺4种消毒方式下,三卤甲烷(THMs)、卤代酮(HKs)、卤乙腈(HANs)、卤代硝基甲烷(HNMs)的形成情况.结果表明,太湖、钱塘江取水口的底泥、周边土壤有机物的芳香度均很低(SUVA254(即比紫外吸光值)2),与腐殖质(Sigma)相比,底泥、土壤有机物不是氯消毒中THMs的重要前驱物,但却是HANs特别是HNMs的重要前驱物.相比氯消毒,氯胺消毒能大幅降低土壤、底泥有机物THMs、HKs、HANs、HNMs的生成量,而且也可抑制含溴DBPs的形成.臭氧预处理大幅提高了氯、氯胺消毒中HKs、HNMs的产量,但对THMs、HANs则不一定.太湖、钱塘江的土壤、底泥存在一定的溴污染,但不管是哪种消毒方式,均是HNMs的溴嵌入因子最大.     

Disinfection byproduct precursor removal by enhanced coagulation and their distribution in chemical fractions

Raw water from the Songhua River was treated by four types of coagulants, ferric chloride(FeCl3), aluminum sulfate(Al2(SO4)3),polyaluminum chloride(PACl) and composite polyaluminum(HPAC), in order to remove dissolved organic matter(DOM). Considering the disinfection byproduct(DBP) precursor treatability, DOM was divided into five chemical fractions based on resin adsorption.Trihalomethane formation potential(THMFP) and haloacetic acid formation potential(HAAFP) were measured for each fraction. The results showed that hydrophobic acids(HoA), hydrophilic matter(HiM) and hydrophobic neutral(HoN) were the dominant fractions.Although both HoN and HoA were the main THM precursors, the contribution for THMFP changed after coagulation. Additionally,HoA and HiM were the main HAA precursors, while the contribution of HoN to HAAFP significantly increased after coagulation.HoM was more easily removed than HiM, no matter which coagulant was used, especially under enhanced coagulation conditions.DOC removal was highest for enhanced coagulation using FeCl3 while DBPFP was lowest using PACl. This could indicate that not all DOC fractions contained the precursors of DBPs. Reduction of THMFP and HAAFP by PACl under enhanced coagulation could reach51% and 59% respectively.     

人工地下水回灌过程中溶解性有机物的去除及变化

在实验室通过模拟土壤柱研究了人工地下水回灌过程中溶解性有机物的去除及其三卤甲烷生成势和三卤甲烷生成活性的变化.利用XAD树脂将回灌水中的溶解性有机物分为3个部分：疏水性有机酸、过渡亲水性有机酸和亲水性有机物.疏水性有机酸的三卤甲烷生成活性高于过渡亲水性有机酸和亲水性有机物.土壤含水层处理（SAT）对亲水性有机物的去除率为68.51%,对疏水性有机酸和过渡亲水性有机酸的去除率分别为58.64%和41.86%.经SAT系统处理后,溶解性有机物及各有机组分的三卤甲烷生成势减少,而三卤甲烷生成活性升高.疏水性有机酸是生成三卤甲烷的主要有机组分.亲水性有机物在SAT系统进水中的三卤甲烷生成活性较低,但由于含量高,三卤甲烷生成势也较大.而过渡亲水性有机酸由于含量和三卤甲烷生成活性较低,三卤甲烷生成势也较低.     

厌氧-缺氧-好氧处理出水中溶解性有机物组分的特征分析

本研究利用XAD-8大孔树脂对某城市污水处理厂的厌氧-缺氧-好氧(A2O)工艺出水中的溶解性有机物进行了组分分离,分析了各组分的溶解性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)、紫外-可见光谱和遗传毒性.结果表明,污水中亲水性物质和疏水酸性物质的DOC含量分别占总DOC含量的65%和24%.亲水性物质组分中的芳香族化合物含量显著高于其它组分,但是单位质量的亲水性物质、疏水酸性物质和疏水碱性物质中的芳香族化合物含量相近.污水具有一定的遗传毒性,主要遗传毒性物质为亲水性物质和疏水酸性物质,而疏水碱性物质和疏水中性物质则未检出遗传毒性.     

Reduction of DOM fractions and their trihalomethane formation potential in surface river water by in-line coagulation with ceramic membrane filtration

This research was aimed at investigating the reduction of DOM fractions and their trihalomethane formation potential （THMFP） by in-line coagulation with 0.1 μm ceramic membrane filtration. The combination of ceramic membrane filtration with a coagulation process is an alternative technology which can be applied to enhance conventional coagulation processes in the field of water treatment and drinking water production. The Ping River water （high turbidity water） was selected as the raw surface water because it is currently the main raw water source for water supply production in the urban and rural areas of Chiang Mai Province. From the investigation, the results showed that the highest percent reductions of DOC, UV-254, and THMFP （47.6%, 71.0%, and 67.4%, respectively） were achieved from in-line coagulation with ceramic membrane filtration at polyaluminum chloride dosage 40 mg/L. Resin adsorption techniques were employed to characterize the DOM in raw surface water and filtered water. The results showed that the use of a ceramic membrane with in-line coagulation was able to most efficiently reduce the hydrophobic fraction （HPOA） （68.5%）, which was then followed by the hydrophilic fraction （HPIA） （49.3%）. The greater mass DOC reduction of these two fractions provided the highest THMFP reductions （55.1% and 37.2%, respectively）. Furthermore, the in-line coagulation with ceramic membrane filtration was able to reduce the hydrophobic （HPOB） fraction which is characterized by high reactivity toward THM formation. The percent reduction of mass DOC and THMFP of HPOB by in-line coagulation with ceramic membrane filtration was 45.9% and 48.0%, respectively.     

炼油厂达标废水中溶解性有机物的表征

采用超滤和凝胶色谱法调查了炼油厂达标废水中溶解性有机物 (DOM)的分子量分布 ,并用树脂吸附和离子交换技术研究了该废水DOM中疏水性酸 (HoA)、碱 (HoB)及中性物 (HoN)和亲水性酸 (HiA)、碱 (HiB)及中性物 (HiN)的比例 ,用气相色谱 质谱法 (GC MS)定性分析了疏水性有机物的组成 .结果表明 ,某炼油厂达标废水的TOC为 12 0 6～ 16 80mg·L-1,其中溶解性有机碳 (DOC)为 10 15～ 14 4 4mg·L-1;分子量 <1k的DOM约为 80 % (以TOC计 ) ;DOM中HiN、HoN、HoA、HiB、HoB及HiA的含量分别为 2 9 7% ,2 6 5 % ,2 1 1% ,13 4 % ,5 1%及 4 2 % .鉴定出的HoN包括脂肪烃、苯系物、含硫化合物及邻苯二甲酸酯类化合物等 ,其中C10和C11脂肪烃、甲基亚硫酰苯及邻苯二甲酸二丁脂化合物的含量相对较高 .根据表征结果提出了回用处理建议.     

冰封期前后河流底泥中溶解性有机物组分的荧光特性的变化

以沈阳市新开河为研究对象,考察了冰封期前、后河流底泥中溶解性有机物(DOM)组分荧光特性的变化.按照DOM在XAD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).结果表明:HPO-A是河流底泥中的主要DOM组分,在冰封期前、后分别占溶解性有机碳(DOC)的41.2%~69.5%和38.9%~63.9%.冰封期前河流底泥中的DOM及HPO-A、HPI的DOC值均高于冰封期后.三维荧光光谱结果显示,冰封期前、后河流底泥DOM组分中含有类腐殖酸荧光物质,类富里酸荧光物质,类芳香族蛋白质荧光物质和类溶解性微生物代谢产物荧光物质,并且类芳香族蛋白质荧光物质在各DOM组分中的含量最高.冰封期后HPO-A、HPI中荧光物质的含量低于冰封期前.同步荧光光谱结果显示,在冰封期河流底泥DOM组分中激发波长分别为285~295 nm和330~350 nm的荧光物质向水体释放,导致其在底泥DOM组分中相对含量的显著降低.     

Characteristics of molecular weight distribution of dissolved organic matter in bromide-containing water and disinfection by-product formation properties during treatment processes

The characteristics of dissolved organic matter (DOM) and bromide ion concentration have a significant influence on the formation of disinfection by-products (DBPs). In order to identify the main DBP precursors, DOM was divided into five fractions based on molecular weight (MW), trihalomethane formation potential and haloacetic acid formation potential were determined for fractions, and the change in contents of different fractions and total DBPs during treatment processes (pre-chlorination, coagulation, sand filtration, disinfection) were studied. Moreover, the relationship between bromide concentration and DBP generation characteristics in processes was also analyzed. The results showed that the main DBP precursors were the fraction with MW < 1 kDa and fraction with MW 3−10 kDa, and the DBP''s generation ability of lower molecular weight DOM (< 10 kDa) was higher than that of higher molecular weight DOM. During different processes, pre-chlorination and disinfection had limited effect on removing organics but could alter the MW distribution, and coagulation and filtration could effectively remove organics with higher MW. For DBPs, trihalomethanes (THMs) were mainly generated in pre-chlorination and disinfection, while haloacetic acids (HAAs) were mostly generated during pre-chlorination; coagulation and sand filtration had little effect on THMs but resulted in a slight removal of HAAs. In addition, the results of ANOVA tests suggested that molecular sizes and treatment processes have significant influence on DBP formation. With increasing bromide concentration, the brominated DBPs significantly increased, but the bromine incorporation factor in the processes was basically consistent at each concentration.