派河水体中DOM的光谱分析及其来源解析

派河是环巢湖流域重要入湖河流,为加强该流域环境综合治理,改善水环境质量,采集派河入河口水样,通过三维荧光光谱和紫外-可见吸收光谱,结合平行因子分析模型及相关性分析,进行DOM（dissolred organic matter,溶解性有机物）光谱学特性研究,分析派河水体DOM荧光组分来源及特征.结果表明:①水体中DOM含2类4种荧光组分,其中,类蛋白物质荧光组分（类色氨酸和类酪氨酸）占总组分荧光强度的68.1%,类富里酸物质（紫外类富里酸和可见类富里酸）占总组分荧光强度的31.9%;②采样点FI（荧光指数）大于1.9,BIX（生物源指数）大于1.0,派河上游HIX（腐殖化指数）小于1.5,下游HIX范围为1.5~3,表明派河DOM具有明显的生物源特征,水体腐殖化程度较低,上覆水体浮游动植物和生物细菌分布均匀且对水体环境有明显影响;③紫外-可见光吸收系数〔a（280）和a（355）〕可很好地表征派河水体中DOM相对含量,紫外-可见吸收光谱测定结果显示,水体中含大量性质相对稳定的有机物;④紫外类富里酸和类酪氨酸的荧光强度均与a（280）、a（355）呈显著正相关,表明水体DOM中紫外类富里酸和类酪氨酸组分的产生及来源具有一致性或相伴发生.研究显示,光谱分析法可有效表征派河水体中DOM兼具陆源和生物来源的双重特性.      

黑龙江流域典型断面水体DOM荧光特性分析

为研究黑龙江流域水环境腐殖质的组成、时空分布特征及来源特征,通过野外调查、静态浸泡试验和动态淋溶试验,利用三维荧光激发-发射矩阵结合平行因子分析（EEM-PARAFAC）及荧光定量指标,分析水体DOM（dissolved organic matter,溶解性有机物）的荧光特性和来源特征.结果表明:①ρ（COD_Mn）在平水期和丰水期出现了畸高现象,平水期和丰水期水体DOM的相对含量高于冰封期.水体DOM识别出4种荧光组分[长波段类腐殖酸（C1）、短波段类腐殖酸（C2）、类富里酸（C3）和类色氨酸（C4）],其中类腐殖质总贡献率在50%以上,属于类腐殖质主导型.平水期、丰水期和冰封期水体DOM的FI（荧光指数）值分别为1.48~1.61、1.51~1.63和1.52~1.79,BIX（生物源指数）值分别为0.56~0.75、0.55~0.73和0.61~0.92,HIX（腐殖化指数）值分别为5.84~13.42、5.70~15.78和2.84~12.05,表明水体DOM是陆源和自生源贡献相结合,具有自生源特征和强腐殖质特征.②通过静态浸泡试验模拟土壤溶解,识别出5种荧光组分,除C1~C4外,还识别出类酪氨酸（C5）;通过动态淋溶试验模拟降雨过程,识别出4种荧光组分（C1~C4）.土壤DOM的荧光特性与水体DOM相似,表明水体DOM与土壤DOM具有相似的来源.③3个水期各荧光组分的荧光强度均与ρ（DOC）呈线性相关.其中,C1、C2和C3的荧光强度与ρ（DOC）均呈显著线性相关,平水期、丰水期、冰封期C1的相关系数分别为0.776 2、0.852 4和0.956 8,C2的相关系数分别为0.478 3、0.265 9和0.878 4,C3的相关系数分别为0.658 2、0.802 5和0.954 5;但C4的相关系数差别较大,分别为-0.064 4、0.021 9和0.847 4,说明类腐殖质荧光组分是DOC的主要来源.研究显示,黑龙江流域水体DOM以类腐殖质为主,水体DOM具有强腐殖质特征,源头水的背景值较高.      

基于EEMs与UV-vis分析苏州汛期景观河道中DOM光谱特性与来源

为探究汛期连续强降雨对苏州景观河道中溶解性有机物的影响,应用三维荧光光谱（EEMs）结合平行因子分析（PARAFAC）和紫外-可见吸收光谱（UV-vis）技术,分析了汛期不同时期苏州景观河道中溶解性有机物的光谱特性和来源.结果表明,整个汛期时期水体中共有4种溶解性有机物（DOM）荧光组分,包括2种类腐殖质组分（C1和C4）和2种类蛋白质组分（C2和C3）,相关性分析表明荧光组分C2、C3和C4之间存在显著相关性.汛期初期时受初期雨水影响,河道中DOM的总荧光强度较强,而在汛期中期和后期,DOM的荧光强度显著降低.荧光特征参数表明,在汛期初期时DOM的内源性特征显著,到中期时陆源性显著,到后期又以内源占主导.整个汛期SUVA₂₅₄、SUVA₂₆₀和E2/E3都呈现相同趋势,先降低而后升高.受汛期连续强降雨的影响,河道中氮磷营养盐含量增加,但在汛期较强的水动力条件下,藻类并未大量增殖,直到汛期结束后藻类开始大量增殖.荧光组分C2、C3和C4与特征参数（FI、HIX、BIX和β：α）有显著相关性（P<0.01）,所有荧光组分与DOC均有显著相关性（P<0.05）,荧光组分C1与叶绿素a （Chla）有显著相关性.主成分（PCA）分析表明汛期不同时期河道中DOM组分差异显著,汛期连续强降雨对水体中C2、C3和C4组分含量影响显著.     

再生水补给型城市景观水体中溶解性有机物的分布及特征——以圆明园为例

天然水体中的溶解性有机物(Dissolved Organic Matter,DOM)具有多样的生态意义,已被用作评价天然水体水质状况的一项重要指标.本研究运用三维荧光光谱(Excitation-Emission Matrix Spectroscopy,EEMs)测量了圆明园水体中溶解性有机物的四季变化情况,利用平行因子...     

达里诺尔湖水体DOM荧光特征及其来源解析

达里诺尔湖（简称“达里湖”）是内蒙古自治区高原地区重要的生态屏障,探究达里湖水质状况及污染来源,对加强流域水环境治理、改善水环境质量具有十分重要的意义.于2018年9月及2019年6月对湖水进行采样,并通过三维荧光光谱结合PARAFAC（平行因子分析）模型,探究达里湖水体DOM（溶解性有机质）来源及其与水质的关系.结果表明:①达里湖水体中pH较高,ρ（DOC）（DOC为溶解性有机碳）、ρ（NH₄+-N）、ρ（TP）相对较高,均超过GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅴ类水质标准限值.②水体中DOM含4种荧光组分.夏季水体DOM主要分布于河流入湖口附近,其中,类腐殖质荧光组分（紫外区类富里酸和可见区类富里酸）占总组分的62.93%,类蛋白类荧光组分（类色氨酸和类酪氨酸）占总组分的36.07%;秋季水体DOM主要分布于东南侧,其中,类腐殖质荧光组分占总组分的40.52%,类蛋白类荧光组分占总组分的59.48%.③达里湖采样点荧光参数表明,达里湖DOM自生源特征较强,腐殖化程度较低.类腐殖质荧光组分与ρ（DOC）、ρ（Chla）均呈正相关,类色氨酸荧光组分与pH呈正相关,类络氨酸与ρ（DTN）、ρ（NH4+-N）、ρ（DTP）均呈正相关.研究显示,达里湖DOM具有陆源与生物源双重特性,DOM的形成与微生物、细菌、浮游生物的生命活动密切相关.      

南昌市灰尘中可淋溶态DOM的光谱特性

灰尘中可淋溶态DOM(LDOM)是城市雨水径流中有机质及污染物的重要来源.本文采集南昌市不同功能区及公交站台灰尘样品,利用紫外-可见吸收光谱法及三维荧光光谱法分析了灰尘中LDOM的光谱特性,以期为城市雨水径流污染防治提供数据支持.研究表明:南昌市灰尘总有机碳浓度及有色溶解性有机质(CDOM)浓度均值分别为30.3 g·kg~(-1)和17.67 m~(-1),二者以东西向主干道及赣江沿岸为高值中心向两侧递减.荧光溶解性有机物中的类腐殖物质、紫外-可见吸收光谱参数中的UV_(254)、S_R、UV_(250)/UV_(365)、UV_(240)/UV_(420)均以昌南(近高速路附近)地区较高,说明这些地区灰尘LDOM的分子量小、有机质腐殖化程度高.而类蛋白物质及UV_(253)/UV_(203)均以市区值较高,说明市区灰尘LDOM的自生源特性较高、芳环结构复杂.荧光指数分析结果表明,公园绿地灰尘LDOM的内源及自生源可能性大、腐殖化程度低,而文教区灰尘LDOM的陆源来源可能性大、腐殖化程度高.主成分分析结果表明,以陆源来源为主LDOM的腐殖化程度高、有机质结构复杂、分子量小(如文教区空调灰尘LDOM),以内源自生源为主LDOM的腐殖化程度低、结构中脂肪碳多、分子量大(如公园绿地灰尘LDOM).     

PARAFAC和FRI解析ISI中DOM分布

利用平行因子分析（PARAFAC）和荧光区域积分（FRI）的方法解析三维荧光光谱（3D-EEMs）,结合主成分分析、相关性分析、聚类分析和多元线性回归分析,研究了曝气预处理改良土壤渗滤系统（ISI）处理生活污水时溶解性有机物（DOM）的垂直分布特征.根据FRI分析,ISI中DOM可以分为5个荧光区域,包括3个类蛋白物质区域（I、Ⅱ、IV）和2个类腐殖质物质区域（Ⅲ、V）.沿着垂直方向向下,ISI中DOM有溶出的现象,导致总荧光区域积分体积（TOT）与TN、TP、NH₄⁺-N、COD、TOC等都呈现显著负相关的关系,而与EC呈现显著正相关关系,其中荧光区域V与NO₃^--N浓度呈显著正相关的关系,氮素去除与DOM组成之间关系密切.通过进一步做PARAFAC分析表明,可以从DOM中识别出四种荧光组分,分别为C1类富里酸类物质和C2、C3、C4类蛋白类物质.荧光组分浓度得分值F_max表明,ISI对物质降解由易到难依次为C2 > C4 > C1、C3,即类酪氨酸最易降解,其次为类色氨酸类物质和类富里酸类物质.根据多元线性回归分析,可以用F_max间接表征TN、TP和COD等水质指标的浓度.     

新疆奎屯地区高砷地下水DOM三维荧光特征

新疆奎屯地区是中国大陆第一个地方性砷（As）中毒病区,为了解析该地区高As地下水中溶解性有机物（DOM）的组分和来源,探索其在As迁移转化过程中的作用,利用三维荧光光谱结合平行因子分析法对奎屯地区水样进行研究.结果表明：该地区地下水As含量范围在1.30~400.68μg/L,平均值为61.18μg/L,有68.99%的地下水为高As地下水.地下水中DOM含有3种组分：类腐殖质C1（260（325） nm/425nm）,占2.78%;类色氨酸C2（275nm/350nm）,占18.74%;微生物源的还原性醌类C3（260（375） nm/475nm）,占54.12%.研究区水体DOM的荧光指数在1.2~1.52之间,均值为1.36,水中DOM以陆源为主.该地区地下水整体呈现还原-弱碱性环境,地下水中As的释放过程主要有铁氧化物矿物还原和脱硫酸作用,水中的DOM参与了铁、硫酸盐的还原反应过程,类色氨酸C2主要在微生物呼吸过程中充当电子供体角色,还原性醌类C3担任了电子飞行过程中的电子穿梭体,增强了As从含水层沉积物中释放到地下水的迁移性能.     

新疆奎屯地区高砷地下水DOM三维荧光特征

新疆奎屯地区是中国大陆第一个地方性砷（As）中毒病区,为了解析该地区高As地下水中溶解性有机物（DOM）的组分和来源,探索其在As迁移转化过程中的作用,利用三维荧光光谱结合平行因子分析法对奎屯地区水样进行研究.结果表明：该地区地下水As含量范围在1.30~400.68μg/L,平均值为61.18μg/L,有68.99%的地下水为高As地下水.地下水中DOM含有3种组分：类腐殖质C1（260（325） nm/425nm）,占2.78%;类色氨酸C2（275nm/350nm）,占18.74%;微生物源的还原性醌类C3（260（375） nm/475nm）,占54.12%.研究区水体DOM的荧光指数在1.2~1.52之间,均值为1.36,水中DOM以陆源为主.该地区地下水整体呈现还原-弱碱性环境,地下水中As的释放过程主要有铁氧化物矿物还原和脱硫酸作用,水中的DOM参与了铁、硫酸盐的还原反应过程,类色氨酸C2主要在微生物呼吸过程中充当电子供体角色,还原性醌类C3担任了电子飞行过程中的电子穿梭体,增强了As从含水层沉积物中释放到地下水的迁移性能.     

保定府河DOM的光谱特征及其来源解析

府河是白洋淀入淀河流中的主要河流,研究府河溶解性有机物分布特征及污染来源对入淀河流的环境管理及水质改善具有重要意义。文章2021年12月对府河干流及支流20个采样点进行采样,通过紫外光谱与三维荧光光谱-平行因子分析技术分析府河水体溶解性有机物,并对溶解性有机物组分来源进行解析。研究发现,府河水体溶解性有机物组分中类腐殖质组分含量高于水体中类蛋白组分含量,且黄花沟中有机组分对府河水体影响较大;大量城市污水处理厂出水汇入府河后类蛋白占比增大,这可能是河内生物活性提升导致,故F9以后自生源贡献升高;荧光光谱分解得到4个组分,C1、C2（类腐殖质）占71.88%,C3、C4（类蛋白）占28.12%,府河干流溶解性有机物主要来源于外源污水厂出水输入、自生源生物类蛋白和陆源农田土壤等;荧光组分与溶解性有机碳、总氮、硝态氮有显著的正相关性,PC1与荧光组分呈现显著正相关。综上,通过对府河水体溶解性有机物荧光特征及来源解析,府河受陆源类腐殖质与生物自生源双重影响,这为府河水体的进一步管理提供了理论参考。     

城镇与城郊污染河道中DOM成分分布与影响因素

河道水环境的溶解性有机物(dissolved organic matter,DOM)是全球碳循环的重要环节.在国内当前城镇河道污染治理攻坚的紧迫形势下,探究河道DOM受不同类型的外源污染、内源次生污染及天气模式等因素的影响,是明晰关键污染成因的前提.为了解析受生活污水污染的城镇河道与受水产养殖业、种植业及畜禽养殖业污染的城郊河道中DOM成分与当量的差异,以某大型城市作为研究区域,以城镇河道、城郊河道与水源地共21个点位的表层水与沉积物为研究对象,应用了三维荧光光谱-平行因子分析(excitation-emission matrix-parallel factor analysis,EEM-PARAFAC).结果表明:(1)城镇与城郊河道水体DOM成分都以蛋白质类成分为主(酪氨酸类与色氨酸类成分),含有少量腐殖酸类成分,但城镇河道水体存在人为腐殖酸类成分;(2)城镇河道与市郊河道DOM成分的形成原因截然不同,城镇河道主要受生活污水污染与内源次生污染,导致人为腐殖酸类成分增多.城郊河道主要受富含N、P的农业废水污染,促进自养细菌的内源代谢使蛋白质类成分增多,这可能是形成其现有DOM特征的关...     

基于三维荧光及平行因子分析的川西高原河流水体CDOM特征

川西高原草甸和高寒湿地是青藏高原重要土壤碳库之一,高原河流水体溶解性有机碳特征及其与土壤碳库关系研究,对于理解高寒区域土壤碳输出通量及强度具有重要意义.本文对川西高原高山峡谷区河流(岷江上游、杂谷脑河、抚边河)和高原夷平面河流(白河)水体有色溶解性有机质(CDOM)采用三维荧光及平行因子法(EEM-PARAFAC)进行了分析.结果表明:(1)高原河流中CDOM主要有3种组分,即C_1(260/480,UVC类腐殖质)、C_2[310/420(570),UVA类腐殖质]和C_3(280/370,类色氨酸);(2)河流沿程变化特征显示,高山峡谷区河流总荧光强度值较低,变化范围窄,高原夷平面河流(白河)与其相反;同时白河类腐殖质(C_1、C_2)荧光强度远高于其他3条河流,表明白河中源于沿岸草甸和湿地的陆源腐殖质高,而其余高山峡谷区3条河流陆源腐殖质输入相对低;(3)水体荧光特征参数(荧光指数FI、自生源指数BIX、腐殖化系数HIXb、新鲜度指数β:α)表明,高山峡谷区河流CDOM来源具有外源兼内源双重特征,腐殖化程度低;高原夷平面河流CDOM腐殖化程度相对较高且降解程度低;(4)相关性分析发现4条河流中C_1、C_2极显著正相关,且白河C_1、C_2、C_3呈极显著正相关;所有河流β:α与BIX呈极显著正相关,溶解性有机碳(DOC)与355 nm处吸收系数[a(355)]相关性不显著.     

溶解性有机物(DOM)与区域土地利用的关系:基于三维荧光-平行因子分析(EEM-PARAFAC)

溶解性有机物（DOM）是水体质量的综合性指标,反映了流域内经济发展和治理保护等多方面因素,可为流域水体保护提供依据.本研究采集了宁波市4个不同城市化程度的区域内的河流样本,运用三维荧光结合平行因子分析法（EEM-PARAFAC）对水体中DOM进行解析,探讨了区域土地利用与DOM的关系.结果表明城市化在含量和组成两方面影响了流域水体中DOM的特征.城市区域（DOC=3.18 mg·L^-1）和城乡结合区域（DOC=7.45 mg·L^-1）水体中DOM的浓度远高于城市化程度较低的农村区域（DOC为2.16~2.62 mg·L^-1,ANOVA,P<0.001）.EEM-PARAFAC解析得到7个荧光组分,主要可归为类腐殖质和类蛋白质类物质.其中,城市区域DOM以类腐殖质物质为主,占比达到61.3%;而城乡结合区域由于受到更多的生活污水排放影响,类蛋白质物质的比例最高为59.4%;相比之下,农村区域虽然DOM浓度相对较低,但类腐殖质物质占比达63.6%~65.7%,面源污染是主要原因.主成分分析表明城市化发展对水质具有重要影响,在城市化初期污染主要来源于生活和工业污染源,当城市化到一定水平污染物更多来源于路面径流.本研究表明EEM-PARAFAC可以半定量辨析水体污染源,可为不同的区域水质恢复与治水策略制定提供针对性数据支撑.     

3种景观植物对城市河道污染水体的净化效果

以美人蕉、绿萝、马丽安3种景观植物为试材,制成生态浮床,研究3种植物以及无植物浮床对城市污染水体中氮、磷的净化效果,试验共持续46 d. 结果表明:3种植物在污染水体中能保持较强的生命力,试验结束时,其株高、根长及生物量均有显著增加,增长率表现为美人蕉>马丽安>绿萝;美人蕉、绿萝、马丽安对水体中TN的去除率分别为93.95%,90.25%和92.60%,远高于对照组的去除率(60.44%);3种植物对水体中NH₄+-N的去除率分别为98.06%,95.07%和97.61%,其中美人蕉、绿萝组NH₄+-N的主要去除途径为硝化反应,马丽安组NH₄+-N去除主要是通过氨挥发以及硝化反应等,而对照组NH₄+-N去除率(81.62%)较高的主要原因为氨的挥发;美人蕉、绿萝组ρ(NO₃--N)呈先增加后减少的趋势,而马丽安和对照组ρ(NO₃--N)增幅不大,各试验组ρ(NO3--N)变化与水体硝化、反硝化反应以及植物吸收有关;3种植物对水体中TP和COD_Mn均有明显的去除效果,去除率显著大于对照组. 试验表明, 3种植物对污染水体均有很好的净化效果和一定的景观价值,可作为城市河道污染水体治理的优良物种而推广使用.      

城市污染河湖的综合整治技术及应用研究

分析了城市污染河流和湖泊污染的原因,将污染河流和湖泊治理的方法分为＂物理法、化学法、生物法、生态法＂共四大类,介绍了常用技术方法的原理和特点。根据河流和湖泊的污染现状和治理目标,提出了城市污染河湖的综合整治分为＂治理＂与＂生态修复＂两个阶段,探讨了采用＂截污、清淤、曝气、生物载体、水生植物＂等综合应用技术治理河湖的必要性和迫切性,并结合近年来国内河湖综合整治的典型案例,总结了河湖整治过程的＂基础措施＂和＂关键措施＂。     

受污染地表水的生物毒性效应分析

针对以非常规水源补水的受污染地表水的生态安全问题,文章以北京地区受污染河水为试验用水,利用多组生物效应试验(发光菌、大型蚤和仔鱼)进行急性生物毒性检测,并与污水厂二级出水和再生水厂出水水质进行比较.结果表明:受污染地表水在浓缩倍数达50倍时,发光细菌相对抑制率达到50％以上,大型蚤和仔鱼的急性毒性试验死亡率均达到100...     

城市河流中WWMPs的迁移转化试验

为研究城市河流中WWMPs（污水印记药物）的迁移转化行为,以13种典型WWMPs[AZM（阿奇霉素）、CLM（克拉霉素）、STZ（磺胺噻唑）、TMP（甲氧苄啶）、ATL（阿替洛尔）、PNL（普萘洛尔）、DCF（双氯芬酸）、CLF（氯贝酸）、IBU（布洛芬）、CBM（卡马西平）、CAF（咖啡因）、PRC（扑热息痛）和TCS（三氯生）]为目标物,通过生物降解试验、吸附试验及光降解试验分析目标物主要的迁移转化机理.结果表明,AZM、CLM、PRC的降解主要是生物作用,不灭菌且有氧条件下的降解率分别可达90%、95%、100%.沉积物对CBM的吸附作用明显,但其难以被水解和生物降解,而且其吸附和解吸是一个相对平衡的过程,导致CBM能够稳定存在.ATL、STZ、PRC和TMP这4种亲水性化合物不易被沉积物吸附,其余9种属疏水性化合物的吸附能力取决于其K_OW（辛醇-水分配系数）.此外,光降解试验表明,在实际环境中,很多目标物受颗粒物和光敏剂的影响,不易发生直接光降解,TMP、DCF、PNL、CAF和TCS容易发生光降解作用,其在光照和避光的条件下降解率分别为20%和10%、58%和25%、22%和5%、20%和2%、30%和5%.研究显示,城市河流中的WWMPs在生物降解、吸附和光降解共同作用下有明显的降解效果.      

基于MIKE11模型提高污染河流水质改善效果的方法

为寻求提高污染河流水质改善效果的方法,本研究选择中国多坝闸重污染河流颍河为研究对象,针对引江济淮工程颍河段的水质改善要求,以颍河主要的污染物高锰酸盐指数、氨氮为指标,提出了应用MIKE11建立试验河流一维河网水动力和水质模型,采用数值模拟的方法,试验研究河流水质改善的最优技术方法,模拟试验主要进行了补水流量、补水水质、补水位置和补水方式等措施对改善颍河水质效果的影响.模拟结果表明:用MIKE11模型中水动力模块(HD)和对流扩散模块(AD)并结合降雨径流模块(NAM)来进行污染河流水质改善是可行的,即补水流量为河流本底流量的10%,分别对补水点1采用Ⅲ类水,补水点2和补水点3采用Ⅳ类水进行补给,补给效果最佳,高锰酸盐指数和氨氮的去除率分别为72.3%和55.7%,使研究区颍河85%以上的河段达到Ⅳ类水水质标准,为河流污染控制提供了一种新方法.     

不同曝气方式对城市重污染河道水体氮素迁移与转化的影响

以南京仙林大学城的重污染河道水体为对象,利用模拟方法研究不同曝气方式（底泥曝气、水曝气）对水体氮素迁移与转化的影响.结果表明,在缺氧和温度升高条件下,底泥氮素主要以NH 4＋-N形式向上覆水释放;上覆水NH 4＋-N的最大累积量表现为：水曝气〈底泥曝气〈对照,3种工况下上覆水中NH 4＋-N的最高质量浓度分别为9.40...     

城市河流硬质护岸生态修复研究进展

针对硬质护岸给城市河流生态环境造成的影响,初步探讨了生态型河流护岸的概念与内涵;分类介绍了硬质护岸生态修复一些代表性的技术和方法,分析了这些技术的适用范围;并提出了目前关于硬质护岸生态修复技术研究的热点问题和发展方向。