淡水系统中4种塑料颗粒的老化过程及DOC产物分析

淡水系统中的微塑料污染及其生态效应已经引起国内外学者的广泛关注,但关于不同类型微塑料在自然环境中的老化研究较少.为探究不同类型微塑料的老化过程,分析老化产物,以4种水体中常见的微塑料聚丙乙烯（polystyrene,PS）、低密度聚乙烯（low-density polyethylene,LDPE）、聚丙烯（polypropylene,PP）和聚羟基丁酸（polyhydroxybutyrate,PHB）为研究对象,进行了40 d的自然光老化实验.结果表明：①在老化过程中,4种不同类型塑料老化析出液水质指标pH、ORP、EC和DO均产生不同程度的上升或下降趋势.②经扫描电镜（scanning electron microscope,SEM）观测发现LDPE表面形态变化最大,已经形成裂纹和孔洞.傅立叶红外检测发现,实验中LDPE的羰基指数增加程度最大,增加了31.48%.③微塑料老化会产生溶解态产物,即溶解性有机碳（dissolved organic carbon,DOC）,DOC质量浓度随老化时间增加而增加,与本底值相比,老化40 d的PHB、PP和LDPE微塑料析出液中DOC质量浓度增加显著,分别增加了61.29%、69.49%和89.15%.以上结果表明经自然光照射,塑料会在自然水体中出现明显的老化,并释放出有机物,由此带来的生态效应应受到更多的关注和研究.     

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-PARAFAC从间隙水中提取了3种类蛋白组分（C1、C2、C3）和2种类腐殖质组分（C4、C5）;类蛋白是DOM的主要构成组分,占比达到（63.56±16.07）%.DOM总荧光强度、各组分荧光强度及其相对丰度季节差异不显著,空间差异显著;养殖区的类蛋白物质占主体,自然区的类腐殖质物质占主体.沉积物间隙水的高BIX、FI、β：α以及低HIX,表明沉积物间隙水DOM具有低腐殖化,强自生源特征.与此同时,环境因子与荧光组分的回归分析可以为管理者预测沉积物间隙水水质提供支持.     

基于有色溶解性有机质(CDOM)解析陆源污染物在东海区域的分布特征

随着"陆海统筹"海洋保护战略的提出,近海水质修复越来越依靠对污染源数据的准确掌握,而活性磷酸盐和总无机氮等常规水质指标不能对海洋中陆源污染物进行有效指示.因此,本研究利用三维荧光光谱结合平行因子分析（EEM-PARAFAC）等技术分析了象山港和东海不同深度有色溶解性有机质（CDOM）的组成和分布特征,探讨基于CDOM快速分析技术的近海水质评价方法.结果表明,象山港水质受沿岸排放影响显著,其氮磷营养盐、陆源腐殖质（EEM-PARAFAC组分C1和C4）和生活源类蛋白质（C3和C5）物质显著高于东海表层水体.在东海水体中,5个荧光组分的高值区主要分布在北部近岸表层海域,与盐度分布相反,清晰表明长江冲淡水等陆源输入对CDOM的显著影响.相关性分析表明,陆源物质输入是东海表层水体中污染物的重要来源,而底层污染物的来源则更为复杂.总体上,污水类物质较大程度地改变了东海北部表层CDOM的组成.本研究表明,利用EEM-PARAFAC等技术可快速有效地识别海洋中CDOM的来源,深刻揭示了陆源排放对海洋水质的影响程度,可为"陆海统筹"海洋保护策略提供技术支撑.     

武汉南湖可溶解性有机物的来源与组成分析

该文基于光谱分析揭示了武汉市南湖可溶解性有机物(DOM)的来源组成与空间分布特征,初步探讨了DOM与南湖污染程度及原因之间的关系。利用紫外-可见光扫描计算得到α(254)的均值为(22.49±1.55) m-110 m-1,说明DOM浓度偏高,南湖为富营养湖泊。根据三维荧光图谱计算得到的南湖BIX、HIX、FI、M 4个指标的均值分别为(0.94±0.07)、(4.77±0.52)、(1.59±0.10)、(6.04±0.22),表明南湖DOM为自源DOM,且主要成分为腐殖酸、大分子芳香化合物。通过三维荧光-平行因子分析法分析,认为南湖可溶解性有机物主要由4种DOM构成,其中3种为富里酸,1种为腐殖质,与指标计算结论一致。采用克里金插值法得到南湖DOM污染分布图显示南湖3个湖区差异明显,其污染严重程度排序为东部湖区中部湖区西部湖区。南湖总磷超标可能与南湖水中藻类消亡有关。     

MPR处理低温污水中溶解性有机物的光谱特性

该文研究了微压内循环生物处理反应器(MPR)处理低温污水的效果,利用三维荧光光谱-平行因子分析法和紫外光谱法分析了低温下溶解性有机物(DOM)的降解特性及组成变化。结果表明:MPR对低温污水有很好的处理效果,化学需氧量、氨氮、总氮和总磷的平均去除率分别为90%、92%、71%和97%。三维荧光光谱图显示原水中有2个强烈的荧光峰,分别是类酪氨酸峰Peak B和类色氨酸峰Peak T_1、Peak T_2;在MPR处理过程中,出现类腐殖质峰Peak A且难以降解,成为出水主要荧光物质。通过平行因子分析法识别出MPR处理低温污水时,DOM中含有2个主要荧光组分,即类蛋白质C1(Ex=225/280 nm,Em=340 nm)和富里酸类腐殖质C2(Ex=235 nm,Em=415 nm)。2种荧光组分的去除效果不同,类蛋白质经MPR处理后降解了85.1%,而类腐殖质组分较为稳定,无明显变化。在MPR运行周期内的紫外光谱试验分析结果显示,MPR对低温污水中溶解性有机物有一定的降解作用,且发现反应器对难降解的芳香性有机化合物也有降解作用,其降解顺序是先降解取代基,再降解芳香环。     

溶解性有机质的时间分辨荧光和稳态荧光光谱

有色溶解性有机质(CDOM)是水环境中多种生物地球化学过程的驱动者和参与者,结构复杂。尽管对CDOM稳态光谱的研究较多,但是对其激发态特别是激发单重态(~1CDOM~*)的研究鲜有报道。该文在亚纳秒水平上研究了~1CDOM~*的衰减动力学过程,拟合结果显示~1CDOM~*的寿命小于10 ns。分析了通过积分荧光衰减动力学曲线和利用稳态荧光光谱仪2种方法得到的CDOM稳态荧光光谱的差别,并解释了两者之间的差异主要来自检测器的检测性能和是否进行光谱校正。相比于强度权重平均寿命(τ_f),振幅权重平均寿命(τ_α)可以更加准确地描述不同发射波长下CDOM的荧光衰减过程。     

褐水厌氧共消化中DOM荧光光谱特征及效应研究

文章以褐水(粪便)为底物,研究了不同共基质添加对厌氧消化甲烷产量的影响,并对过程中溶解性有机物(DOM)的三维荧光特征进行探究,研究了有机组分的变化对产甲烷的影响关系。结果表明,花生秸秆共消化组和褐水单消化组的累积甲烷产量分别为649和309 mL/g VS。采用三维荧光光谱结合平行因子分析发现,褐水单独消化和共消化过程的DOM均以微生物内源性产生为主。厌氧消化后,各反应器中色氨酸类蛋白荧光峰强度均显著降低,褐水单消化组的类腐殖质有所增加。4组条件消化全过程的DOM含有4个组分:紫外腐殖酸类、微生物源腐殖酸类、色氨酸类和酪氨酸类。褐水单消化组的类蛋白质组分(色氨酸、酪氨酸类)荧光强度综合较低,腐殖质类组分荧光强度相对较高,难以生物降解,这导致了厌氧效率不佳。共基质添加可以调节体系碳氮比和溶解性有机物含量,降低褐水厌氧消化中的类腐殖质的比例,并提高甲烷产率。     

应用过硫酸盐氧化法预测焦化厂土壤中PAHs的生物有效性

采用过硫酸盐氧化法测定了北京市某焦化厂表层土壤中16种PAHs的生物有效性,并分析了过硫酸盐氧化前、后SOM(土壤有机质)的质量分数及其结构组成,以研究过硫酸盐氧化法预测焦化厂土壤中PAHs生物有效性方面的可行性. 结果表明:①7个供试土壤样品中w(∑PAHs)(16种PAHs质量分数之和)为10.80~249.00 mg/kg,并以HPAHs(高分子量PAHs)为主,不同环数PAHs的质量分数与w(SOM)均呈正相关,二者关系符合对数方程(R2为0.653~0.798). ②依据过硫酸盐氧化前、后土壤中w(PAHs)的变化得到PAHs的生物有效性,其中,2~3环PAHs的生物有效性平均值为0.46,略高于4环PAHs(0.22)和5~6环PAHs(0.28),较高w(SOM)及HPAHs均易引起焦化厂土壤中PAHs生物有效性的下降. ③过硫酸盐氧化前不同环数PAHs的质量分数与氧化后PAHs的残留量呈显著正相关(R2为0.991~0.994),故可利用过硫酸盐氧化前的w(PAHs)预测土壤中PAHs的生物有效性. ④与过硫酸盐氧化前相比,氧化后土壤中w(SOM)平均下降23.0%,FTIR(傅里叶变换红外光谱)分析结果显示,1 448 cm-1处吸收峰表征的脂肪碳可能是被氧化去除的软质碳的主要组分,氧化后SOM中的芳香碳相对吸光度增幅为0.88%~11.62%,可引起SOM的缩合程度加剧、憎水性增强. 因此,过硫酸盐氧化法能够作为测定焦化厂土壤中PAHs生物有效性的快速方法,可利用过硫酸盐氧化前的w(PAHs)预测土壤中PAHs的生物有效性.      

臭氧深度处理垃圾焚烧厂沥滤液时溶解性有机质（DOM）特性分析

采用荧光光谱、红外光谱和紫外-可见光谱技术分析了臭氧氧化深度处理沥滤液生化处理水过程中废水中DOM组成及结构变化.同步荧光光谱显示,反应过程中340—370 nm处的特征峰强度明显下降,小于270 nm的短波长范围内荧光强度有一个从高到低再升高的变化过程.三维荧光光谱表明,沥滤液生化处理水中含有两个类富里酸荧光峰（UV-FA：Ex/Em=250—255/410—450 nm;Vis-FA：Ex/Em=315—320/400—405 nm）,反应过程中荧光峰强度不断降低,其中UV-FA荧光峰的发射波长存在明显的蓝移现象,最大蓝移量40 nm.红外光谱表明,沥滤液生化处理水中含有多种芳香性特征峰,臭氧氧化过程中峰强度逐渐降低,部分特征峰消失,并有过氧化合物的CO伸缩振动峰生成.沥滤液生化处理水经臭氧氧化深度处理60 min后,其SUVA254值由3.01 L.mg-.1m-1降低到1.16 L.mg-.1m-1,A3/A4值由4.06上升到8.43.综合分析表明,臭氧氧化能够有效将沥滤液生化处理水中结构复杂的大分子芳香族化合物降解为芳构化程度较低、分子量较小的有机物.     

印染废水生化出水高锰酸钾强化混凝深度处理溶解性有机物的去除特性

采用高锰酸钾预氧化,强化某印染废水生化出水铁盐混凝深度处理溶解性有机物(DOM),考察了高锰酸钾强化混凝对印染废水生化出水中DOM的去除特性并为优化混凝深度处理工艺提供理论参考.在最优投加条件下,高锰酸钾强化混凝处理提高了DOM色度的去除效果,以美国染料生产协会色度值(ADMI7.6)表征时为84%,出水ADMI7.6值较单独混凝处理降低了43%.但以溶解性有机碳(DOC)表征时去除率基本保持不变,为55%.通过XAD-8/XAD-4吸附树脂分离技术和分子量分布分析发现,高锰酸钾强化混凝处理通过有效去除疏水性和弱疏水性DOM色度降低了出水的色度.同时,出水中亲水性和小分子DOM(MW<1 kDa)较单独混凝处理分别增加了34%和15%,导致了DOM去除率以DOC表征时无显著改善.采用三维荧光光谱技术定性分析表明,引起色度的可见类富里酸和类腐殖酸物质被进一步去除使出水色度降低,此时出水中增多的小分子亲水性DOM主要为类蛋白质和富里酸物质.因此,高锰酸钾强化混凝处理过程仍需与其它能去除亲水性、小分子量DOM(MW<1 kDa)的处理工艺结合,以提高总体去除效率.