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。     

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。     

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。     

乌梁素海沉积物孔隙水中溶解有机质的荧光及紫外光谱研究

运用紫外可见光吸收光谱与荧光光谱研究乌梁素海沉积物孔隙水中溶解有机质的来源、结构及腐殖化程度。r_(A,C)、HIX、SUVA₂₈₀和SUVA₂₅₄等被用于表征DOM的腐殖化程度和芳香构化程度及结构,f_450/500用于指示DOM的来源。研究结果表明：腐殖化程度最高的点为湖泊东部的W4样点,腐殖化程度最低的为总排干影响区域的W1样点。E_253/203表明湖泊入口处沉积物孔隙水中有机质主要为不可取代的芳香环结构。荧光指数f_450/500为1.57～1.82之间。总体而言,f_450/500的值更接近于1.6,处于2个端源中间,说明乌梁素海DOM中的腐殖质主要来源于陆源输入。相关分析的结果表明, DOM的不同来源对其腐殖化程度产生影响。随着腐殖化值的增大,DOM的来源由生物源向陆源过渡。     

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。     

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。     

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.     

白洋淀沉水植物腐解溶解性有机物与重金属的相互作用

针对白洋淀秋冬季节水生植物腐解释放大量溶解性有机物(DOM)的问题,利用紫外可见光谱(UV-Vis)和激发发射光谱(EEMs)结合平行因子分析法(PARAFAC)对DOM样品进行表征和分离。实验结果表明,PARAFAC共分离出4种组分(C1、C2、C3和C4),类腐殖酸组分C1和C2、类蛋白组分C3、含有类蛋白组分和类富里酸组分共同组成的C4。此外,对样品进行荧光淬灭滴定实验来研究DOM与重金属(Cu(Ⅱ)和Cd(Ⅱ))的相互作用,发现Cu(Ⅱ)对所有组分都存在明显的淬灭效果,并可以较好地拟合出络合常数(lg K),而Cd(Ⅱ)只与C4有较好的络合效果,这是由于C4中的类富里酸成分所造成的。研究进一步发现,样品U2中类蛋白组分C3和C4对重金属的淬灭效果比样品U0的类蛋白组分明显。这是由于样品U2中所添加的植物量较多,而植物腐解所释放的主要成分为类蛋白物质,有助于增强类蛋白组分的络合能力。研究结果可为科学评价水生植物腐解释放DOM对水体中重金属的迁移转化提供依据。     

工业园区污水厂处理过程中溶解性有机物的三维荧光特征分析

随着工业园区的不断发展,工业园区污水处理越来越引起人们关注。污水中溶解性有机物(dissolved organic matter, DOM)的组分特征对污水处理效果有显著影响。因此,通过三维荧光光谱(excitation-emission-matrix spectra, 3D-EEMs)结合平行因子(parallel factor, PARAFAC)分析,考察了江西5家工业园区污水厂的DOM组分沿程变化特征及其来源特征。结果表明：工业园区污水厂进水COD/DOC在3.74～8.05,进水中有机物芳香化程度比一般城市污水厂的进水高;各工业园区污水厂处理过程中全部水样的荧光物质均呈现类蛋白质>类腐殖质、腐殖化程度较低的特征,DOM来源主要受到生物源的影响;污水厂对类色氨酸芳香蛋白和类腐殖质有机物的削减效果相对较好(21%～43%),对类SMP有机物的削减效果较弱(0%～3%);类色氨酸芳香蛋白(Ex/Em=235nm/335 nm;Ex/Em=235 nm/340 nm)和类SMP物质(Ex/Em=285 nm/315 nm;Ex/Em=290 nm/320 nm)为江西五家工业园区...     

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。     

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。     

基于三维荧光光谱-平行因子分析法的工业园区污水溶解性有机物溯源与归趋

本研究以某工业园区内的污水处理厂为研究对象,使用紫外-可见光谱和三维荧光光谱对11个进水管道和水处理各工艺段的水样进行检测,结合平行因子分析法探究了污水厂水体中主要污染物的来源和类别,最后对水质参数和各组分进行了相关性分析.紫外-可见光谱、三维荧光光谱结合平行因子分析结果表明,污水主要有5种荧光组分,其中C1,C2,C...     

O_3/H_2O_2工艺深度处理污水处理厂尾水中有色可溶性有机物研究

污水处理厂尾水中残留有色可溶性有机物(CDOM)直接排放会对环境产生一定影响。使用O_3/H_2O_2工艺深度处理尾水,基于三维荧光光谱,考察反应时间、初始pH、O_3流量、H_2O_2投加量等对尾水中CDOM的去除效果。研究表明,从尾水CDOM中提取出3个有效荧光组分,其中荧光组分C1和C2为腐殖质类物质,荧光组分C3为蛋白类物质,各工艺条件对荧光组分的去除影响显著,蛋白类物质比腐殖质类物质更容易去除。O_3/H_2O_2工艺能够有效去除尾水中CDOM的荧光组分,可为尾水深度处理提供技术参考。     

常规与深度处理工艺对长江下游浅库型原水的处理效果比较研究

基于长江下游浅库型原水,对比常规与深度处理工艺运行效果,探索溶解性有机物(DOM)分子量分布的变化及其与消毒副产物生成的联系,明确常规与深度处理工艺的工艺适应性。研究结果表明,长江下游浅库型原水经以臭氧-生物活性炭(O3-BAC)为核心的深度处理后,出水高锰酸盐指数(IMn)、溶解性有机碳(DOC)、254nm单位吸光度(UV254)、UV254与DOC比值(SUVA254)、三卤甲烷生成潜能(THMFP)和卤乙酸生成潜能(HAAFP)分别降低了33%～79%、41%～67%、60%～81%、24%～58%、37%～70%和35%～64%,且出水小分子DOM(分子量≤1ku)占比降至50%(质量分数)以下。常规处理工艺中,混凝、沉淀及砂滤是DOM的主要去除单元;而深度处理工艺中,DOM则主要靠O3-BAC去除。针对长江下游浅库型原水,以O3-BAC为核心的深度处理工艺具有更高的工艺适应性,并能实现对DOM的有效去除。     

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...     

不同密度沉水植物腐解过程中水体DOM变化特征

选取白洋淀淀区的泥、水以及晒干的优势沉水植物金鱼藻、轮藻为研究对象,设置6个密度梯度模拟实验,分别于实验进行的50 d和100 d采集水样,运用紫外和荧光光谱技术研究沉水植物腐解阶段水体中溶解性有机质(DOM)的变化。结果显示,同步荧光光谱中,类蛋白峰荧光强度的变化不具规律性,类腐殖质峰荧光强度随密度的增加呈上升趋势,I2/I1的值随着密度的增加或时间的推移均逐渐增大;三维荧光光谱中,随着密度的增加,类富里酸荧光峰A和C的强度逐渐增加,而类色氨酸荧光峰T1的强度变化不大,腐解植物的密度大于3 kg/m3时各组均产生了类海洋腐殖质荧光峰B且强度随密度的增加逐渐增强,C峰的强度与水样中的COD和TP呈显著正相关;紫外光谱测定中,A253/A203的值随着密度的增加或时间的推移而逐渐增大,水体中的芳香族化合物也增多。     

应用二维相关同步荧光光谱研究市政污水中溶解性有机物组分

应用二维相关同步荧光光谱研究了北京某大型市政污水处理厂的溶解性有机物(DOM)组分.该厂主要处理单元有沉砂池、初沉池、厌氧单元、缺氧单元、兼氧单元、好氧单元和二沉池.同步荧光光谱发现,DOM包含类蛋白荧光峰(PLF)、微生物代谢产物荧光峰(MLF)、类富里酸荧光峰(FLF)和类胡敏酸荧光峰(HLF),利用二维相关方法处...     

基于微滤技术供水厂的臭氧预氧化前置工艺中臭氧投加量的优化

通过臭氧预氧化降解水体中溶解性有机物(DOM)对DOM的氧化效果以及微滤(MF)膜污染的缓和效应进行了研究,并分析了臭氧氧化过程中光谱参数变化的规律,进而提出一种通过多目标优化模型确定最佳臭氧投加量的方法.结果 表明,臭氧预氧化技术能够将中等分子质量的芳香类DOM转化为低分子质量的有机化合物,对应的UV254去除率最高...     

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。     

碳基材料对污水厂尾水和太湖水体中CDOM的吸附特征

采用颗粒活性炭、粉末活性炭和碳纳米管3种典型碳基材料来吸附太湖水和污水厂尾水中的有机物,考察碳基材料对水中有色可溶性有机物(CDOM)的吸附特征。基于荧光光谱和平行因子分析(PARAFAC),提取出C1(腐殖酸类)、C2(色氨酸类蛋白)和C3(酪氨酸类蛋白)3个PARAFAC荧光组分。粉末活性炭和碳纳米管具有发达的中孔孔隙结构,对水中大分子有机物具有较高的吸附容量,颗粒活性炭微孔结构发达反而不利于吸附水中腐殖酸等大分子有机物。粉末活性炭对水中有机物具有最高的吸附速率,对太湖水中荧光组分C1、C2和C3的吸附速率分别为0.278、0.358和0.359min-1,颗粒活性炭的吸附速率明显低于粉末活性炭和碳纳米管。研究结果揭示了水中复杂混合有机物的吸附特征,为吸附工艺参数的优化提供技术参考。