藻源有色溶解有机物的光学特性变化及一氧化碳的光生成——以中肋骨条藻为例

以中肋骨条藻(Skeletonemacostatum)为研究对象,对其生长周期中有色溶解有机物(CDOM)的光学特性变化、藻源CDOM在不同波长辐照下的降解和一氧化碳(CO)的产生情况进行探究.结果表明,在微藻生长过程中,CDOM吸收系数a(350)呈现先降低后增加的趋势.辨别出2种类腐殖质组分C1(E_x/E_m=325/395nm)和C2(E_x/E_m=265/445nm)以及1种类蛋白质组分C3(E_x/E_m=275/345nm).随着辐照波长范围的增加,a(350)及荧光组分的荧光强度在不同生长阶段的损失率均呈现升高趋势.在光照9h后,a(350)分别在280～800,315～800和400～800nm辐照波长下平均降低了69.07%±8.23%、51.85%±12.54%和31.12%±3.40%.此外,藻源CDOM的降解产物CO随辐照波长范围的增加而升高,紫外光对CO生成的贡献超过70%.     

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.     

活性污泥处理偶氮染料废水过程中胞外聚合物特性研究

采用序批式反应器(SBR)考察了偶氮染料浓度对活性污泥的污染物去除性能及胞外聚合物(Extracellular polymeric substances,EPS)的影响.结果表明,COD、染料及营养物的去除率均随着进水染料浓度的增加而下降,但进水染料浓度对EPS的影响却呈现不同的趋势.当进水染料浓度为5 ～40 mg·L-1时,EPS含量随着染料浓度的增加而增加;当进水染料浓度超过40 mg·L-1时,EPS含量却随着染料浓度的增加而减少.染料的加入导致活性污泥EPS中蛋白质的含量增加,且其变化趋势与EPS变化一致;EPS中腐殖酸的浓度低于蛋白质浓度;而EPS中多糖的浓度最低,为8 mg·g-1.三维荧光光谱结果显示,不同染料浓度下EPS荧光吸收峰数量及位置相同,分别为类蛋白峰(λEx/λEm=240 nm/375 ～394 nm)和类富里酸类峰(λEx/λEm =270 nm/410～416 nm),但两个吸收峰的荧光强度不同.     

2-丁烯醛生产废水对厌氧生物处理的毒性

以厌氧颗粒污泥为受试生物、乙酸钠为底物,研究了2-丁烯醛废水的厌氧处理毒性及污泥胞外聚合物(EPS)的组成变化.结果表明,2-丁烯醛废水COD￡850mg/L时,厌氧颗粒污泥的比产甲烷活性(SMA)几乎不受影响;当废水COD从2125mg/L提高到4249mg/L时,厌氧颗粒污泥的比产甲烷活性(SMA)从70.5mLCH4/(gVSS·d)降低至9.4mLCH4/(gVSS·d);COD为8499mg/L时,厌氧颗粒污泥的SMA仅为4.7mLCH4/(gVSS·d),且废水中有毒物质表现为杀菌性毒素.随着COD升高,EPS(TOC表征)、多聚糖、蛋白质含量呈现先降低后升高趋势.三维荧光光谱结果显示,不同COD条件下EPS荧光峰数量及位置相同,分别为类酪氨酸荧光峰peak A (λex/λem=275nm/305nm)、类色氨酸荧光峰Peak B (λex/λem=275nm/350nm)、辅酶F420贡献的荧光峰Peak C (λex/λem=415nm/470nm)及类富里酸荧光峰Peak D (λex/λem=335nm/450nm),其中荧光峰peak A和peak B峰强度较强.     

集胞藻胞外聚合物(EPS)与氯霉素的相互作用

通过利用激发-发射矩阵(EEM)荧光光谱,研究蓝藻集胞藻EPS(胞外聚合物)与CAP(氯霉素)的相互作用.结果表明:EPS含有6个峰,其中峰A(Ex/Em=205/304)、峰B(Ex/Em=230/302)、峰C(Ex/Em=235/354)和峰D(Ex/Em=260/372)为类蛋白峰,峰E(Ex/Em=275/446)和峰F(Ex/Em=350/452)为类腐殖质峰.除峰F外,其他各峰都能被CAP猝灭,说明它们所代表的物质能够与CAP发生作用;而峰F则几乎不被CAP猝灭,即荧光峰F不与CAP发生作用.CAP与EPS中荧光基团的反应属于静态猝灭,生成稳定的不发荧光的EPS-CAP络合物,其有效猝灭常数为3.28～4.49,结合常数为4.54～8.13.EPS与CAP强的络合作用意味着环境中普遍存在的EPS可能深刻地影响CAP在水环境中的迁移与转化.      

三维荧光光谱法研究四环素与活性污泥EPS的相互作用

用三维荧光光谱仪研究了活性污泥EPS(Extracellular polymeric substances)和四环素的相互作用。活性污泥EPS中发现2种类蛋白荧光峰A(Ex/Em=225/340)和B(Ex/Em=280/338),其荧光强度随着盐酸四环素的加入而显著降低,峰A和盐酸四环素结合生成了不发荧光的物质,而峰B和盐酸四环素结合生成的物质在Ex/Em=295/416 nm处发荧光。峰A和峰B与盐酸四环素的相互作用适合用修正后的Stern-Volmer和Hill模型拟合,盐酸四环素和峰A的结合点位数、结合常数分别为1.33、7.02,大于和峰B的结合点位数和结合常数,说明盐酸四环素和荧光峰A的结合比较稳定。猝灭速率常数kq远远大于最大扩散碰撞猝灭速率常数(2.0×1010L(/mol.s)),表明峰A和峰B和盐酸四环素相互作用的荧光猝灭主要是静态猝灭过程。因此土壤和水环境中大量存在EPS会影响盐酸四环素在环境中的迁移转化。     

蒽醌类物质经多相类芬顿预处理前后对活性污泥特性的影响

以活性艳蓝与大黄酸为蒽醌类目标污染物,分析了其经多相类芬顿预处理前后的可生化性及对活性污泥胞外聚合物、胞内物质、脱氢酶活性、脲酶活性、微生物群落的影响.Zahn-Wellens试验表明,活性艳蓝与大黄酸不能被活性污泥有效降解,而经过多相类芬顿预处理后,其呼吸曲线均在内源呼吸线以上,去除率分别达到了84.44%和86.72%.加入蒽醌类污染物后,活性污泥胞外聚合物的三维荧光光谱中,酪氨酸蛋白的吸收峰强度降低,胞内物质的红外光谱中氨基峰变宽;而经多相类芬顿预处理后,对活性污泥特性的影响不明显.加入活性艳蓝与大黄酸后,活性污泥脲酶相对活性仍保持在80%以上,但脱氢酶活性出现了降低,特别是加入大黄酸后,相对活性仅为67.5%左右.同时活性污泥的微生物群落发生了变化,Gram Positive分别由原来的40.15%增大到了47.72%和45.78%,而Gram Negative分别由原来的39.57%减少到37%和37.15%.但加入预处理后的蒽醌类污染物,未对活性污泥的微生物群落造成明显影响.     

亚硝化颗粒污泥中EPS提取方法与组成特性的比较研究

以异养型好氧颗粒污泥(AGS)、普通活性污泥(AS)和厌氧颗粒污泥(An GS)为参照,考察了5种方法对亚硝化颗粒污泥(GNS)中胞外聚合物(EPS)的提取效果,以选出最佳方法,并通过测定蛋白质(PN)/多糖(PS)含量、三维荧光(3D-EEMs)与傅里叶红外(FT-IR)图谱,比较分析了GNS中EPS的组成特性.结果表明,甲醛-Na OH法能在有效保护细胞结构的同时,获得较高的EPS提取效率,而耗时更短的甲醛-热碱法对GNS也同样适用.尽管亚硝化颗粒污泥的EPS总量低于其他污泥样品,但高比例的PS成分有利于自养型微生物的固着生长.从可溶性微生物代谢产物(λEx/λEm=250~310 nm/320~380 nm)和芳香类蛋白质(λEx/λEm=200~250 nm/280~380 nm)所对应的荧光峰强度及红外图谱可知,GNS具有比AS更高的微生物活性和更丰富的结构性蛋白,且EPS组成更为简单.     

荧光猝灭法研究洛克沙胂与腐殖酸的相互作用

运用荧光光谱和荧光猝灭滴定方法,研究腐殖酸(HA)与洛克沙胂(ROX)之间的相互作用,考察了HA浓度、pH和温度对ROX与HA之间相互作用强度的影响.结果表明,HA中的4个峰(Ex/Em=300 nm/480 nm、370 nm/480 nm、420 nm/500nm、460 nm/520 nm,分别标记为A、B、C、D)与ROX发生了不同程度的猝灭作用,猝灭程度依次为C>B>A>D.随着HA浓度增加,ROX与峰A所代表官能团结合常数的常用对数值lg K有略微上升,且远大于O2双分子动态猝灭常数的lg K值,表明ROX能与HA中羧基和羰基等官能团发生静态猝灭作用;在pH值5.00~9.00范围内,ROX-HA体系中峰A的lg K在3.55~3.98 L·mol-1之间波动,且在pH=6.00时达到最大值,这可能是由于pH改变了ROX形态以及HA分子中酚羟基和羧基的构象所致;在25.0~55.0℃范围内,随着温度上升,lg K值降低,lg K值介于2.65~3.89 L·mol-1之间,这进一步表明ROX与HA中的类FA荧光峰所代表的官能团发生静态猝灭.瞬态荧光光谱和线性模型拟合分析表明:ROX与HA中峰A、峰B、峰D所代表的官能团均发生单一静态猝灭作用,而与峰C所代表的官能团同时发生静态猝灭和碰撞猝灭作用.     

外源Ca2+对SBR启动期活性污泥胞外多聚物的动态影响

利用无机物如Ca~(2+),加快活性污泥反应器启动,强化活性污泥絮体性能和结构稳定性,受到越来越多的重视.采用序批式反应器,研究进水中添加Ca~(2+)对反应器启动期活性污泥沉降性能和胞外多聚物的影响.结果表明运行至28 d,与进水中不添加Ca~(2+)的反应器(对照反应器)相比,进水中添加150 mg·L~(-1)外源Ca~(2+)的反应器中活性污泥MLSS和MLVSS值分别高出了89.6%和75.6%,SVI值则降低了47.9%;活性污泥胞外多聚物总量增加了76.4%,多糖增加了28.8%,蛋白质减少了31.6%,添加150 mg·L~(-1)外源Ca~(2+)的反应器中污泥胞外多聚物中多糖/蛋白质值为68.8,对照反应器的活性污泥胞外多聚物多糖/蛋白质值仅为36.6.三维荧光光谱和红外光谱分析表明外源Ca~(2+)导致活性污泥胞外多聚物组分发生了变化.实验结果为进水中添加外源Ca~(2+)改善活性污泥沉降性能提供了基础数据.     

Flocculating characteristic of activated sludge flocs: Interaction between Al3+ and extracellular polymeric substances

Aluminum flocculant can enhance the flocculating performance of activated sludge.However,the binding mechanism of aluminum ion(Al 3+) and extracellular polymeric substances(EPS) in activated sludge is unclear due to the complexity of EPS.In this work,threedimensional excitation emission matrix fluorescence spectroscopy(3DEEM),fluorescence quenching titration and Fourier transform infrared spectroscopy(FT-IR) were used to explore the binding behavior and mechanism between Al 3+ and EPS.The results showed that two fluorescence peaks of tyrosineand tryptophan-like substances were identified in the loosely bound-extracellular polymeric substances(LB-EPS),and three peaks of tyrosine-,tryptophanand humic-like substances were identified in the tightly boundextracellular polymeric substances(TB-EPS).It was found that these fluorescence peaks could be quenched with Al 3+ at the dosage of 3.0 mg/L,which demonstrated that strong interactions took place between the EPS and Al 3+.The conditional stability constants for Al 3+ and EPS were determined by the Stern-Volmer equation.As to the binding mechanism,the-OH,N-H,C=O,C-N groups and the sulfurand phosphorus-containing groups showed complexation action,although the groups in the LB-EPS and TB-EPS showed different behavior.The TB-EPS have stronger binding ability to Al 3+ than the LB-EPS,and TB-EPS play an important role in the interaction with Al 3+.     

丁苯橡胶生产废水的生物降解特性

为研究丁苯橡胶生产废水的好氧生物降解特性,对某石化企业丁苯橡胶生产装置的生产废水进行好氧处理,并采用液液萃取-气相色谱/质谱、三维荧光光谱、紫外吸收光谱等手段对水质指标进行表征. 结果表明:经好氧生物降解后,丁苯橡胶废水中ρ(COD_Cr)和ρ(DOC)分别降至155和76 mg/L,COD_Cr和DOC去除率分别为76.07%和70.08%;废水中二苄胺、苯乙烯和十二烷基二甲基叔胺等9种主要特征有机物19 d内可被完全降解. 丁苯橡胶生产废水在λ_Ex/λ_Em(激发波长/发射波长)为225 nm/340 nm、215 nm/290 nm,275 nm/340 nm处有3个荧光峰,分别由二苄胺、十二烷基二甲基叔胺、苯乙烯、甲苯和苯甲醛等胺类、苯乙烯和芳香族化合物等有机物产生,好氧生物降解能去除废水中的绝大部分荧光物质,荧光峰强度的总去除率达到93.87%;废水中二苄胺、十二烷基二甲基叔胺、4-甲基环己酮、苯甲醛,苯乙烯、甲苯等有机物使丁苯橡胶生产废水分别在波长190~230、230~250、250~400 nm处有紫外吸收,好氧生物降解对UV₂₅₄的去除率达到52%. 研究显示,丁苯橡胶废水经单独好氧生物处理不能达到GB 31572—2015《合成树脂工业污染物排放标准》的要求,需结合其他方式进行联合处理.      

藻菌生物膜胞外聚合物与铅锌尾矿重金属的络合配位作用

矿产资源开采冶炼产生大量尾矿渣,其中富含的可溶性重金属引发的生态环境问题日益突显.铅锌矿是我国重要的矿产资源,尾矿露天堆放使得其富含的可溶性重金属淋溶迁移,对矿区周边地表环境造成严重污染.为探明自然水体环境中的藻菌生物膜与重金属的作用机理,采用三维荧光光谱技术研究干旱区天然湖泊中的藻菌生物膜EPS（胞外聚合物）与铅锌尾矿渣中5种重金属离子的络合配位作用.结果表明:①从藻菌生物膜EPS荧光光谱图中可检测出两个荧光峰,均来源于芳香类蛋白酪氨酸物质;②铅锌尾矿淋滤液中的重金属元素主要包括Pb、Co、Ni、Zn和Cd,且这5种金属离子均能有效淬灭EPS的荧光强度;③荧光淬灭滴定试验得出,Pb2+与EPS的络合能力最强,最大络合常数为4.523 1,最大结合位点数为1.177 5;Cd2+与EPS的络合能力最弱,最大络合常数为1.957 1,最大结合位点数为0.684 8;Co2+、Ni2+和Zn2+与EPS的络合能力相似.研究显示,藻菌生物膜EPS中含有的荧光基团与重金属离子的作用强度与金属离子的类型相关,二者的络合配位作用可能会影响重金属在水环境中的化学形态、迁移、生物有效性和生态毒性.      

盐度冲击下MBR污泥SMP和EPS的三维荧光光谱解析

利用三维荧光(EEM)技术研究了不同盐度冲击下膜-生物反应器(MBR)污泥微生物溶解性产物(SMP)和胞外聚合物(EPS)的变化规律,分析不同盐度冲击下MBR污泥SMP和EPS的EEM图谱.结果表明,当冲击盐度大于2.5g/L时,SMP的EEM图谱中色氨酸荧光峰B(270nm,350nm)、类胡敏酸荧光峰C(375,475nm)、类富里酸荧光峰D(260,460nm)以及EPS的EEM图谱中色氨酸荧光峰B的荧光强度随冲击盐度的提升而增加,EPS的EEM图谱中类胡敏酸C峰的荧光强度则随冲击盐度的提升而下降.用平行因子分析(PARAFAC)方法确定EEM图谱中存在的4个组分,分别为类蛋白质组分C1(230/280,350nm),类胡敏酸组分C2(290/310,380nm)、C3(290/360,460nm)和C4(270/340,440nm);当冲击盐度大于2.5g/L时,SMP中C1、C3和C4组分的荧光强度与冲击盐度呈正相关,而EPS中C3和C4组分的荧光强度分别与冲击盐度呈正相关和负相关,其相关系数均≥0.90;SMP中类蛋白质荧光组分和类胡敏酸组分的荧光强度之和分别与测定的蛋白质含量和胡敏酸含量呈明显的正相关性,相关系数均＞0.93,可作为荧光组分强度定量计算的依据,而EPS中此相关性并不明显.     

东北典型湖库水体对铜绿微囊藻荧光特性的影响

为考察东北典型湖库水体对铜绿微囊藻(Microcystic aeruginosa)生长过程中IDOM(细胞内溶解性有机物)荧光特性的影响,在镜泊湖、兴凯湖、五大连池、松花湖和大伙房水库5个典型湖库,共10个采样点采集水样,用于铜绿微囊藻的培养,利用EEM(三维荧光光谱)技术,结合三维荧光FRI(区域体积积分)开展IDOM荧光特性的聚类分析. 结果表明:铜绿微囊藻中IDOM的主要荧光特征峰为类蛋白荧光峰(峰S和峰T),峰S荧光强度高于峰T;对IDOM的三维荧光光谱分为5个区(Ⅰ～Ⅴ区)进行区域体积积分,荧光响应值比例(P_Ⅰ+Ⅱ,n和P_Ⅳ,n)总体上呈互补趋势;Ф_T,n(总区域体积积分)表现为镜泊湖>五大连池>兴凯湖>松花湖>大伙房水库,第16天镜泊湖的Ф_T,n最大,平均值为9.76×10-5 AU·nm2/(mg/L);大伙房水库的Ф_T,n最小,平均值为3.72×10-5 AU·nm2/(mg/L). 聚类分析将10个采样点分成3类. HJ1、HJ2采样点为类别1;HX1、LD1、JS1、LD2采样点为类别2;HX2、JS2、HW2、HW1采样点为类别3,其中,类别1(镜泊湖)水体较类别2和类别3水体更适宜铜绿微囊藻的生长.      

外源硫诱导下的Desulfovibrio desulfuricans sub sp.EPS特性及对Zn(Ⅱ)的吸附

研究了3种外源硫(Na₂SO₄、Na₂SO₃和Na₂S₂O₃·5H₂O)对Desulfovibrio desulfuricans sub sp.(D.desulfuricans sp.)的胞外聚合物(EPS)的胁迫/诱导作用。结果表明,在还原性硫源0.50g/L Na₂SO₃的条件下,EPS产量最高,为2104.39mg/g VSS,蛋白质含量为1888.52mg/g VSS,较胁迫/诱导前均提高了300%以上;其对Zn(Ⅱ)的吸附性能最好,为954.4mg/g EPS,提高了98.17%。三维荧光(3D-EEM)结果表明,胁迫/诱导后EPS中类酪氨酸均大量增加;傅里叶红外光谱(FTIR)结果表明,胁迫后-OH、C=O、C-O-C等官能团均大量增加,在Zn(Ⅱ)的吸附中发挥了重要作用;X光电子能谱(XPS)结果表明,在还原性硫源(Na₂SO₃和Na₂S₂O₃·5H₂O)胁迫/诱导后,EPS中C-O/C-N、C=N和某种含氧基团(X)大量增加,可能是吸附Zn(Ⅱ)的主要基团。     

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...