三维荧光光谱技术在水环境修复和废水处理中的应用

近年来我国水环境污染问题情况日益严重,其引发的水华问题频发,藻类生长代谢过程释放的各类衍生物对水生生态系统及原水处理工艺性能造成影响。为此,分析环境水体、废水处理系统中溶解性有机污染物（DOM）的组成、性质和来源,对水环境安全及水污染控制具有重要意义。三维荧光光谱技术通过在不同的激发波长上扫描发射荧光谱以获得激发．发射矩阵（EEM）,基于EEM数据构建三维立体图或等高线（指纹图）描绘监测对象特性,可分析水体溶解性有机物、藻类及藻毒素等,近年来已在饮用水源水质监测、湖库富营养化成因分析及废水生物处理性能评价等方面得到应用。与传统分析方法相比,该技术具有灵敏度高、操作简便、检测快速、试剂消耗量少等优点。文章从荧光光谱分析技术基本原理出发,对三维荧光峰的分类、影响因素及其在水环境中的应用进行了综述,并对今后该技术在环境领域的研究方向进行了展望,以期为水污染控制、污染环境修复提供先进可靠的分析方法。     

城市工业用煤X荧光分析及重金属元素污染研究

燃煤是成都市重金属污染的一个重要来源,目前对成都燃煤中重金属元素含量与城市环境污染的相关性研究相对较少。文章以成都市城东工业区为研究对象,利用X荧光分析方法对煤样、煤渣、煤灰、表层土、深层土4种重金属元素进行定量分析,探讨了燃煤中重金属含量与城市土壤重金属污染的相关关系。结果表明,(1)成都市工业用煤原产地煤样重金属元素的含量不尽相同,因此,企业需合理选择煤源。(2)土壤重金属元素污染与工业用煤正相关,工业用煤中有害元素含量较高的对当地土壤的污染也比较严重,相反工业用煤中含量较少的元素在土壤中含量也较小。(3)热电厂燃煤对城市重金属污染的行为属性表现为,Pb属于直接污染大气和土壤,而Cu、Zn、Cr富集在煤渣样、煤灰样中在后期造成对城市土壤的污染。     

焦化废水中溶解性有机物组分的特征分析

焦化废水是典型的具有复杂有机质的工业废水,其复杂的有机构成制约了水处理的水质达标,且可能对排入水体构成危害.为了探明其溶解性有机物的组成,采用XAD-8大孔树脂将焦化废水中的溶解性有机物分为亲水性组分(HIS)、疏水酸性组分(HOA)、疏水碱性组分(HOB)和疏水中性组分(HON),分析了各组分的溶解性有机物(DOC)、紫外-可见光谱、色度,并采用GC/MS对各组分中有机物进行定性分析.结果表明,焦化废水中的有机物主要为HIS和HOA组分,其DOC含量分别占总DOC的44.3%和32.4%;焦化废水在200—250 nm和300—400 nm范围内有特征吸收峰,且吸收光强度顺序为HIS>HOA>HON>HOB;焦化废水的色度主要由HOA和HON构成,其在525 nm和436 nm处的吸光度分别占焦化废水吸光度的42.9%(HON)、42.1%(HON)和21.4%(HOA)、15.8%(HOA);焦化废水中亲水性物质主要是苯胺、苯酚、喹啉、异喹啉,疏水酸性物质中主要是各种甲基取代的酚类物质,疏水碱性物质主要是各种胺类和含氮杂环化合物,疏水中性物质主要是吲哚及其衍生物.     

环境微界面过程的原位和在线研究方法

环境微界面过程是污染物在各环境要素中迁移转化的基本过程,也是研究污染控制方法的基础.发展原位和在线研究方法,对于揭示污染物在环境微界面的迁移转化规律和进行污染控制过程的研究具有重要意义.本文基于环境微界面过程的基本特征,在针对多相环境催化的原位研究方法基础上,分析了用于环境微界面过程的原位和在线研究方法所面临的挑战和相应对策,主要介绍了红外光谱、拉曼光谱和质谱等技术在气固环境微界面过程原位研究中的应用,提出了发展环境微界面过程原位和在线研究方法体系的构想.     

砷在金属氧化物/水界面上的吸附机制Ⅰ.金属表面羟基的表征和作用

利用红外光谱对铁铈氧化物(Fe-Ce)吸附材料中的金属表面羟基(M-OH)进行了表征,并探讨了金属羟基在砷吸附中的作用.透射和原位温度漫反射-傅立叶变换红外光谱(FTIR)表征结果表明,Fe-Ce表面存在丰富的M-OH,但M-OH含量随制备温度升高而逐渐减少;Fe-Ce上的M-OH与一般金属氧化物的表面羟基特性存在显著不同,可能是一种特殊类型的结构性羟基.对砷吸附前后的Fe-Ce材料进行透射FTIR表征,发现砷饱和吸附后M-OH的摇摆振动消失,同时生成了新的As-O振动峰,表明M-OH在砷的去除中起着重要的作用;初始吸附pH由9.0降至5 0只引起了吸附剂上As-O键的伸缩振动向高频略微偏移;综合FTIR结果可以推测,M-OH和砷阴离子发生了直接的表面络合,在不同的pH条件下均与砷形成了内层络和物.     

长江重庆段溶解性有机物的荧光特性分析

利用三维荧光光谱(EEMs),并结合平行因子分析(PARAFAC)及主成分分析(PCA),研究了长江重庆段溶解有机物(DOM)的荧光组分特征及其污染来源,并探讨了荧光强度同溶解性有机碳(DOC)及溶解氧(DO)的相关性.结果表明,PARAFAC模型识别出长江重庆段DOM由2类6个荧光组分组成,即类腐殖质荧光组分C1(350/422 nm)、C4(245,305/395 nm)、C5(260,340/420 nm)、C6(260/480 nm)及类蛋白荧光组分C2(275/300 nm)、C3(227,278/329 nm).在DOM来源组成中,陆源的类腐殖质含量占62.56%,类蛋白物质含量占31.31%.类腐殖质组分的荧光强度同DOC的含量存在明显的线性正相关(r=0.73),类蛋白组分的荧光强度同DO的含量呈明显的线性负相关(r=0.80).EEMs-PARAFAC不仅可以表征长江重庆段DOM的光谱特征,示踪长江重庆段的有机污染程度,还可以为三峡库区水体保护提供依据.     

铝合金在NaCl溶液中的电化学腐蚀行为

采用极化曲线法和交流阻抗法,分析了ZL102和LF6铝合金在不同pH的3%NaCl溶液中的腐蚀特性,并用金相显微镜观察了铝合金的微观组织。结果表明,2种铝合金的自腐蚀电位都随着pH的升高变得愈负;除pH=9.5的情形之外,ZL102铝合金的腐蚀速率均小于LF6铝合金;LF6铝合金结构的不均匀性与其加入的合金化元素是导致其耐蚀性能较ZL102铝合金差的主要原因。     

强化生物除磷过程中污泥胞内糖原的红外光谱分析

采用傅里叶中红外光谱对强化生物除磷过程中污泥胞内糖原物质进行了表征,并将污泥样品与糖原标样的红外光谱进行对比,确认糖原物质在1020 cm-1峰附近有较明显的特征吸收贡献.因此,采用红外光谱945~1150 cm-1区域内的吸收光谱数据,结合测得胞内糖原的含量,应用偏最小二乘法和BP神经网络算法分别建立了污泥红外光谱与糖原含量的定量分析模型.结果显示,偏最小二乘法得到的测量值与预测值具有较小的平均绝对误差(MAE),其相关系数达到0.921.     

滇池流域入湖河流溶解性有机质的分布及来源

基于三维荧光光谱和平行因子分析方法,探究了2018年滇池流域主要入湖河流丰水期和枯水期水体溶解性有机质（DOM）组成,并结合主成分分析和多元线性回归分析对河流中DOM各荧光组分的相对贡献进行了定量分析.结果表明：入滇河流水体DOM包含5种荧光组分,分别为类腐殖质荧光组分C1、C3、C5和类蛋白色氨酸荧光组分C2、C4,且5种荧光组分之间具有同源性,污染严重河流水体DOM的荧光强度相对较高;荧光指数、自生源指数、腐殖化指数综合表明,入滇河流水体DOM的内源特性较强,自生源特征明显,生物可利用性较高,腐质化程度低,分子结构不稳定.主成分分析和多元线性回归分析结果显示：枯水期DOM的荧光组分中类腐殖物质的平均贡献率占30.1%,类蛋白色氨酸物质的平均贡献率占69.9%;丰水期DOM组分中类腐殖物质的平均贡献率占54.3%,类蛋白色氨酸物质的平均贡献率占45.7%.     

鄱阳湖CDOM三维荧光光谱的平行因子分析

利用三维荧光光谱（3DEEM）结合平行因子分析法（PARAFAC）,对鄱阳湖水样的荧光光谱进行研究,探讨了有色溶解有机物（CDOM）荧光组分与氮磷营养盐之间的关系.结果表明,鄱阳湖水体CDOM由2类3个荧光组分组成,即类腐殖荧光组分C1（245/391nm）和C2（255,340/453nm）,及类酪氨酸组分C3（275/304nm）.在CDOM组成中,微生物作用类腐殖质C1占40.8%,陆源类腐殖质C2占30.8%,类酪氨酸物质占28.4%.类腐殖质和类酪氨酸在两个极端水文条件下表现出截然不同规律,即类腐殖质在枯水期荧光强度和贡献都为最低,在丰水期贡献率最大,而类酪氨酸在丰水期,荧光强度和贡献为最低,在枯水期贡献率最大.CDOM各荧光组分强度分布因水文条件不同具有差异性.各荧光组分在同一水文条件下,荧光强度变化趋势相似.荧光光谱参数结果表明,鄱阳湖水中CDOM呈现外源和内源的特征,其中枯水期以外源输入为主.各荧光组分都与水体中总氮（TN）和溶解性总氮（DTN）呈现显著正相关,类酪氨酸组分与总磷（TP）呈现显著正相关.