泥沙沉降对水体中溶解性有机物光谱学特性的影响

以沈阳市新开河为研究对象,考察了泥沙沉降过程中,沉降时间、泥沙含量、pH、盐度对水体中溶解性有机物(DOM)的含量和光谱学特性的影响.结果表明,泥沙沉降条件下,水体中DOC随泥沙沉降时间的增长而先增大后减小,随泥沙含量的增加而先减小后增大,随pH的增大而增大,随盐度的增大而减小.随着pH的增大,水体中DOM的芳香性增强;随着盐度的增大,水体中DOM的芳香性降低.随着泥沙沉降时间的增长,DOM中各类荧光物质的含量先增加后减少;随着泥沙含量的增加,DOM中类腐殖酸和类富里酸荧光物质的含量增加,而类溶解性微生物代谢产物荧光物质和类芳香族蛋白质荧光物质的含量降低.在泥沙沉降过程中,下层水体中DOC、在波长为254 nm处的紫外吸光度(UV-254),以及DOM中荧光物质含量的变化量高于上层水体.     

冻融作用对土壤中溶解性有机物的光谱学特性的影响

以受季节性冻融过程影响显著的辽宁省棕壤和暗棕壤为研究对象,考察了冻结温度、融化温度、冻结时间和冻融次数对土壤中溶解性有机物(DOM)的光谱学特性的影响.结果表明:冻融处理条件下土壤中的溶解性有机碳(DOC)含量、波长254 nm处的紫外吸光度(UV-254)和单位浓度DOC的紫外吸收值(SUVA)的变化规律相似,均随冷冻和融化温度的升高而增大,随冷冻时间的延长先减小后增大,随冻融次数的增多而减小.冻融作用使DOM的腐殖化程度提高,分子量减小.随着冷冻时间的延长,DOM中类富里酸荧光物质和类腐殖酸荧光物质的含量先减少后增多;随着冻融次数的增多,DOM中荧光物质的含量逐渐减少.研究成果对于准确掌握冻融条件下土壤中DOM的变化规律,以及实施有效的土壤生态环境和地表水流域环境管理具有重要的理论意义和实用价值.     

周村水库四季变化过程中水体溶解性有机物的分布与光谱特征

运用三维荧光光谱(EEMs)技术结合平行因子分析法(PARAFAC)及紫外-可见光谱技术(UV-vis),对周村水库四季变化过程中溶解性有机物(DOM)的分布及光谱特征进行了分析.结果表明:周村水库表层水体的氮素(总氮和溶解性总氮)和有机物(总有机碳和溶解性有机碳)的季节性差异显著,并且水库冬、春两季TN较多、TOC较少;表层水体DOM夏、秋两季的吸收系数a_(254)和a_(355)均高于冬、春季节,与有机物的分布相一致;四季的E3/E4均大于3.5,说明DOM以富里酸为主,E2/E3比值表明富里酸占DOM的比例夏、秋两季高于冬、春季节,除夏季外水库表层水体S_R均大于1,显示DOM主要为生物源;三维荧光通过PARAFAC解析出3种组分,分别为类腐殖质(C1)、可见区富里酸(C2)和类蛋白(C3);对3个组分进行相关性分析,结果显示,C1、 C2、C3之间具有显著的相关性(p0.01);DOM的总荧光强度及各组分的荧光强度均呈现出夏秋季高、冬春季低的特征,总荧光强度最大值为夏季的(1993.52±40.84) A.U.,最小值为春季的(1074.10±113.63) A.U.;周村水库各个季节间的DOM总荧光强度和荧光组分C1的荧光强度除夏、秋外均呈现显著的差异性(p0.05),组分C2和C3的荧光强度均呈现显著差异性(p0.05);周村水库四季的DOM生物源指数(BIX)为0.8～1.0,表明水库DOM具有较强的自生源特征,与腐殖程度指标(HIX)的结果相吻合;PCA分析显示,周村水库表层水体DOM的光谱特征差异明显,夏、秋两季的DOM光谱特征相近,冬、春两季的水体DOM特征相似;并且组分C1、C2、C3与DOM特征参数(FI、β:α)及溶解性有机碳(DOC)呈显著相关性(p0.01).通过对周村水库水体四季的DOM光谱特征进行研究,可以进一步分析水库水体的有机物污染特征,并为水库水质管理提供技术支持.     

配水管网中与有机物反应的余氯衰减动力学模型

提出一级二级反应组合动力学模型,用大量实验数据拟合模型中的参数,模拟配水管网系统中余氯衰减的水体消耗部分.该模型定量反应了温度T、初始氯浓度c₀和TOC与余氯衰减之间的复杂关系.除初始阶段外,组合模型可简化为一级反应模型;T、TOC和c₀与余氯衰减之间的关系分别可简化为指数关系、正线性关系和负线性关系.该模型较好地解释了余氯衰减在初始阶段进行相对较快这一现象.实验数据验证的结果表明:该组合模型与实验数据吻合良好,优于传统的一级反应模型.     

利用UV-vis及EEMs对比冬季完全混合下两个不同特征水库溶解性有机物的光学特性

结合紫外吸收光谱(UV-vis)与三维荧光光谱技术(EEMs),并利用平行因子分析的方法,对两个混合型水库(周村水库和金盆水库)水体中DOM的来源及差异性进行了分析.结果显示,两个水库水体均存在3个荧光组分,分别为长波类腐殖质(350/460 nm)、可见类富里酸(335/410 nm)和类蛋白(260,285/360 nm).但是两水库水体的DOM荧光强度及组分构成比例均存在显著差异(P0.01),两个水库均以类腐殖质为主,但相比金盆水库,周村水库水体中类腐殖质含量相对较低,类蛋白含量较高.周村水库DOM组分间的相关性大于金盆水库,表明后者的DOM来源更为复杂.通过荧光指数FI,自生源指标BIX,腐殖化指标HIX以及新鲜度指数(β∶α)综合对比表明:冬季,在径流量小的情况下,以耕地、畜牧、居民用地为主,沉积物内源污染严重的周村水库水体的DOM以自生源为主;沿岸以森林生态系统为主的金盆水库的DOM则来自混合输入.结果表明混合型水库水文条件及沿岸生态环境特征是决定DOM来源与特征的关键因素之一.     

再生水地下回灌过程中溶解性有机物的组成结构变化及其特性

对再生水包气带渗滤过程进行模拟实验,分析此过程中总溶解性有机物(DOM)含量和结构组成的变化规律,并采用IHSS推荐方法提取主要有机物组成进行分析表征。结果表明:经回灌处理后,再生水ρ(COD)由57. 90 mg/L(0 h)降低至21. 50 mg/L (159 h),去除率达到63%;ρ(DOC)相应由12. 40 mg/L降低至7. 16 mg/L,去除率达到42%。荧光区域积分计算结果表明,再生水中DOM主要由芳香蛋白类物质和溶解性微生物代谢产物组成,包气带土壤介质中的DOM则主要由腐植酸类物质组成;受土壤DOM淋溶释放影响,实验过程中淋滤出水DOM组成主要以腐植酸类物质为主(占比>0. 6)。SEM及EDS分析结果表明,腐植酸表面呈海绵状,主要由C(64. 40%)、O(34. 25%)元素组成,FTIR分析得出其中含有羟基和羧基等活性官能团,紫外可见光谱呈现单调而无特征性的现象,特征峰值计算显示所提取腐植酸属于大分子范畴。     

岗南水库沉积物溶解性有机物光谱时空分布特征及环境意义

为探究岗南水库沉积物溶解性有机物(DOM)的时空演变机制,本文使用紫外-可见光谱(UV-vis)和三维荧光光谱-区域积分法(EEM-FRI),分析了岗南水库沉积物DOM的来源及分布特征.结果 表明:岗南水库夏季沉积物DOM的相对浓度显著高于春季、秋季以及冬季(P＜0.05);E2/E3值显示岗南水库沉积物DOM分子量为...     

河北洨河溶解性有机物光谱学特性

基于荧光光谱、紫外吸收光谱与水质基本化学指标,联合主成分分析与相关性分析,对典型城市纳污河流——河北洨河的溶解性有机物(DOM)进行光谱学特性研究.结果表明,河流水体中DOM主要有类蛋白和类腐殖质两类,其中含氮化合物及DOM与水体COD之间相关性较高,尤其以氨氮对类腐殖质贡献较大.因此降低洨河水体中COD可通过减少氨氮与DOM来实现,同时此两类指标也应作为日后水体监控指标.干流水体样品中DOM下游相对上游类蛋白逐渐减少,而类腐殖质则呈现增加的趋势,并以类胡敏酸为主要存在形式.代表支流4种样品中,S1、S2水体DOM主要以类胡敏酸为重要成分,其组成有机物多为大分子量、芳香性高的有机物质,而S3、S6水体中主要为相对易降解的类蛋白,其相对分子质量相对较小、芳香性程度较低.针对代表支流的4个污水处理单位出水水体中的DOM特征,建议S1与S2应添加或改进对大分子物质有较好去除效果的膜处理设备,以加强对水体中相对难降解类腐殖质物质的去除;S3与S6应优化相关厌氧与好氧生物处理工艺,从而提高易降解的类蛋白物质的去除能力.     

白洋淀典型淀区沉积物间隙水溶解性有机物的光谱时空演变特征

使用紫外-可见光谱(UV-vis)和三维荧光光谱-平行因子分析法(EEM-PARAFAC),分析了白洋淀2019年春季、夏季和秋季沉积物间隙水中溶解性有机物(DOM)的来源及分布特征.结果 表明,白洋淀夏季沉积物间隙水DOM的相对浓度显著高于春秋季;E2/E3值显示夏季的间隙水DOM分子量要高于春秋季.使用EEM-PA...     

喀斯特山区土壤溶解性有机质光谱特征及来源解析

采用紫外-可见光谱(UV-vis)与三维荧光光谱(EEMs),结合平行因子分析(PARAFAC)方法,对贵州省典型喀斯特山区土壤溶解性有机质(SDOM)的特征、来源及组成进行分析。结果表明：土壤溶解性有机碳(SDOC)含量因土地利用类型不同而存在差异,其中草地表层SDOC含量显著高于林地。利用PARAFAC模型解析出3种荧光组分,C1(类腐殖质)、C2(类色氨酸)和C3(类酪氨酸),3种组分含量间存在显著正相关(P<0.01),且在不同土地利用方式下的分布有所差异。紫外特征参数显示：草地表层SDOM相对分子质量小于林地,旱地SDOM中芳香物质和疏水性组分较多。荧光特征参数显示：研究区SDOM总体腐殖化程度较低、稳定性较弱,且不同土地利用类型SDOM来源存在差异。林地以微生物源输入为主,旱地兼具微生物源与陆源共同作用,但以新生自生源为主。草地表层SDOM来源特征与旱地相同,亚表层则以微生物源输入为主。随着海拔升高,组分C1占比增加,C3占比降低,SDOM腐殖化程度增强,微生物源贡献减弱。SDOM荧光与吸光特征可有效表征喀斯特山地SDOM组分与来源特性,可作为区域土地利用与环境决策的...     

氯消毒对再生水可同化有机碳的影响

考察了再生水氯消毒过程中的氯消耗特性及水质特性的变化,发现加氯后5 min,氯消耗速率最大,同时254 nm的紫外吸光度和三维荧光强度的变化最为显著.发现再生水消毒后生物可同化有机碳(AOC)浓度显著增加,说明消毒后水质生物稳定性变差.AOC变化趋势呈现为先增长后降低的趋势,对于不同处理工艺再生水,二级出水的AOC水平普遍高于深度处理出水,但深度出水消毒5 min后AOC的增长率却高于二级出水消毒后的增长率.进一步研究发现,再生水水样消毒后的AOC变化量与三维荧光积分值变化量之间有一定的正相关关系.     

Modeling of residual chlorine in water distribution system

Water quality within water distribution system may vary with both location and time.Water quality models are used to predict the spatial and temporal variation of water quality throughout water system.A model of residual chlorine decay in water pipe has been developed, given the consumption of chlorine in reactions with chemicals in bulk water,bio-films on pipe wall, in corrosion process, and the mass transport of chlorine from bulk water to pipe wall.Analytical methods of the flow path from water sources to the observed point and the water age of every observed node were proposed .Model is used to predict the decay of residual chlorine in an actual distribution system.Good agreement between calculated and measured values was obtained.     

污水氯和二氧化氯消毒过程中溶解性有机物变化的三维荧光光谱解析

采用三维荧光光谱（3DEEM）技术对污水在氯和二氧化氯消毒过程中溶解性有机物（DOM）的变化进行了初步解析.结果表明,与饮用水、地表水等不同,生物处理出水含有较多的芳香族蛋白质和溶解性微生物代谢产物,且其中的腐殖质主要为生物源,芳香性较弱.在氯和二氧化氯消毒后,污水DOM中的芳香族蛋白质和微生物代谢产物类物质的荧光峰发生蓝移,即峰值的激发或发射波长减少了几个nm,这可能由芳香环结构的破坏引起;而腐殖质类物质的荧光峰发生红移,即峰值的激发或发射波长增加了几个到二十几个nm,此现象与地表水相反,可能与腐殖质的来源不同有关.与遗传毒性的变化类似,氨氮对水样氯消毒后的荧光变化有明显影响,但对二氧化氯消毒后的荧光变化无明显影响.     

两种工艺对污水再生水中微量有机物的去除效果

以20种微量有机污染物为目标物,针对北京市2个再生水厂的不同工艺,系统地考察了污水再生水中目标化合物的去除效果,并采用重组酵母雌激素活性筛检法(YES法)对再生水中雌激素活性进行评价.结果表明,超滤(UF)+臭氧(O3)氧化处理工艺可有效地去除微量有机污染物,出水中雌二醇当量浓度(EEQ)低于YES法检出范围.A2/O+膜生物反应器(MBR)+反渗透(RO)处理工艺对微量有机污染物有很高的去除能力,出水中可检测出的目标化合物较少.2种工艺均可降低再生水的环境风险,保障其使用安全.     

Inactivation, reactivation and regrowth of indigenous bacteria in reclaimed water after chlorine disinfection of a municipal wastewater treatment plant

Disinfection of reclaimed water prior to reuse is important to prevent the transmission of pathogens. Chlorine is a widely utilized disinfectant and as such is a leading contender for disinfection of reclaimed water. To understand the risks of chlorination resulting from the potential selection of pathogenic bacteria, the inactivation, reactivation and regrowth rates of indigenous bacteria were investigated in reclaimed water after chlorine disinfection. Inactivation of total coliforms, Enterococcus and Salmonella showed linear correlations, with constants of 0.1384, 0.1624 and 0.057 L/(mg·min) and R² of 0.7617, 0.8316 and 0.845, respectively. However, inactivation of total viable cells by measurement of metabolic activity typically showed a linear correlation at lower chlorine dose (0-22 (mg·min)/L), and a trailing region with chlorine dose increasing from 22 to 69 (mg·min)/L. Reactivation and regrowth of bacteria were most likely to occur after exposure to lower chlorine doses, and extents of reactivation decreased gradually with increasing chlorine dose. In contrast to total coliforms and Enterococcus, Salmonella had a high level of regrowth and reactivation, and still had 2% regrowth even after chlorination of 69 (mg·min)/L and 24 hr storage. The bacterial compositions were also significantly altered by chlorination and storage of reclaimed water, and the ratio of Salmonella was significantly increased from 0.001% to 0.045% after chlorination of 69 (mg·min)/L and 24 hr storage. These trends indicated that chlorination contributes to the selection of chlorine-resistant pathogenic bacteria, and regrowth of pathogenic bacteria after chlorination in reclaimed water with a long retention time could threaten public health security during wastewater reuse.     

再生水中有机物的臭氧氧化研究

以某城市污水处理厂深度处理的反硝化生物滤池出水为原水,研究了臭氧氧化对再生水中有机物的去除效果及臭氧氧化后醛类的生成规律.结果表明,臭氧能有效降解水中有机物,臭氧投加量为8 mg·L~(-1)时,DOC、UV254、色度的去除率分别为9.5%、45.6%和80.2%.三维荧光光谱荧光峰各区的荧光强度均随臭氧投加量的增加而降低,臭氧投加量为4 mg·L~(-1)时,再生水中的微生物代谢产物和腐殖质类物质的去除率分别为65.8%和63.2%.臭氧氧化产生的醛类副产物中甲醛和乙醛是主要的组成部分,当O3/DOC(质量浓度比)=1.1时,除丙烯醛外,其他几种醛类的浓度均达到最大值;臭氧氧化能够降低后续氯消毒过程中三卤甲烷类消毒副产物的生成浓度,对三卤甲烷生成潜能(THMFP)的去除率为17%.     

Sequential use of ultraviolet light and chlorine for reclaimed water disinfection

Several disinfection processes of ultraviolet (UV), chlorine or UV followed by chlorine were investigated in municipal wastewater according to the inactivation of Escherichia coli, Shigella dysenteriae and toxicity formation. The UV inactivation of the tested pathogenic bacteria was not affected by the quality of water. It was found that the inactivated bacteria were obviously reactivated after one day in dark. Fluorescent light irradiation increased the bacteria repair. The increase of UV dosage could cause more damage to bacteria to inhibit bacteria self-repair. No photoreactivation was detected when the UV dose was up to 80 mJ/cm² for E. coli DH5αup, and 23 mJ/cm² for S. dysenteriae. Nevertheless, sequential use of 8 mJ/cm² of UV and low concentration of chlorine (1.5 mg/L) could effectively inhibit the photoreactivation and inactivate E. coli below the detection limits within seven days. Compared to chlorination alone, the sequential disinfection decreased the genotoxicity of treated wastewater, especially for the sample with high NH₃-N concentration.     

BP神经网络在再生水补给密云水库水质评价中的应用

基于环境质量基本模型,将补给的再生水视为点源污染,建立了再生水补给后的湖库污染物浓度变化模型.在得到补给后主要污染物稳定浓度的基础上,建立BP神经网络模型,使用随机数发生器生成随机数据作为模型的学习样本和检验样本以满足BP模型对样本数量的需求.使用BP模型对再生水补给后的水质进行评价,评价结果证明了再生水补给的可行性与相对安全性.     

生物多样性导向的再生水补给型城市河道水生态修复效果

在再生水补给型河道开展水生态修复并监测分析其效果,有助于提升再生水补给河道的生态健康水平。在北京市萧太后河老河道开展全营养级生态修复并进行为期1年的监测,通过生物群落结构、生物多样性指数、水质分析水生态系统变化。结果表明,虽然试验区经历了水质恶化、水量剧减的双重冲击,但河道水生态、水质仍表现出明显改善。生态修复实施后浮游动物、底栖动物、鱼类、鸟类的物种丰富度分别上升为修复前的6、2、3、2倍。浮游动物、底栖动物、鱼类优势种数量均明显增加,且表现出耐污型向健康指示型的变化。底栖动物、鱼类、鸟类的Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数、Margalef丰富度指数均有上升;鸟类的优势种表现出季节性变化且已出现猛禽。项目区内总磷浓度平均比项目区外低35%,氨氮浓度平均低31%,总氮浓度平均低30%。综合来看,结构完整的水生态系统具有抵抗外界水质、水量冲击的韧性,且能够起到良好的水质改善效果。各生物群落的多样性指数、群落结构均对水质变化有明显的反馈和指示作用,多个生物多样性指数的综合表征效果更全面、更客观。

     

再生水湿地香蒲根内生细菌群落多样性及其水质特征分析

以北京白河人工湿地再生水补水河段香蒲根为研究对象,采用16S rDNA克隆文库技术对香蒲根内生细菌群落多样性进行分析,得出该克隆文库包括4大类群细菌,最优势类群为变形杆菌门Proteobacteria,其中包括Gammaproteobacteria、Betaproteobacteria、Epsilonproteobacteria、Alphaproteobacteria;其次为厚壁菌门Firmicutes、疣微菌门Verrucomicrobia、拟杆菌门Bacteroidetes;另外还包括部分非培养未确定种属的细菌.结合研究区再生水排放口与湿地下游水质数据,得出TN、TP、NO₃^-去除率达到了42.15%、47.34%、28.56%,表明湿地对再生水中的TN、TP、NO₃^-具有明显去除机制,说明香蒲根内生细菌克隆文库中菌株与湿地氮、磷等生物地球循环关系密切.