两种分子量分级下DOM的组分特征及其生物毒性

分别采用超滤离心管和超滤杯两种方式制备不同分子量的溶解性有机物（DOM）,探究不同的分子量分级方式对获得的DOM组成成分特征及其生物毒性效应的影响,同时判明各组分联合作用方式.DOM分别来源于城市污水厂出水（EfOM）及商品天然腐植酸（SWR-NOM）.结果表明,两种分级方式获得的不同分子量DOM含有相同的荧光峰,腐殖酸类物质是EfOM与SWR-NOM含有的主要荧光类有机质（FDOM）,占FDOM的56%~91%.同种DOM不同分子量组分中FDOM组成相对含量一致.采用超滤离心管分级得到的DOM在不同分子量区间内SUVA₂₅₄和E2/E3的差异较大,而采用超滤杯分级时差异变化较小.对于发光细菌急性毒性,在同一分子量区间内,采用超滤杯分级获得的DOM组分检测到的发光细菌毒性值大于采用超滤离心管分级检测到的结果,但采用超滤杯分级时<1kDa组分的急性毒性效应值低于检测限.利用浓度加和模型（CA）对DOM中各组分的联合作用方式进行判断,发现DOM混合物的联合毒性符合CA模型,预测联合毒性效应占检测到的实际水样毒性的67%~104%.     

KMnO4-PAC对高原喀斯特湖库DOM的DBPsFP控制

以云贵高原典型喀斯特湖库红枫湖取水口溶解性有机质（DOM）为研究对象,调查不同组合方式下高锰酸钾-聚合氯化铝（KMnO₄-PAC）对消毒副产物的生成潜能（DBPsFP）变化和平均组成分布,并通过红外光谱（FTIR）和三维荧光光谱（3D-EEM）对部分样品进行化学表征,推断其影响机制.结果表明：在0.1,0.2,0.4mg/L KMnO₄投加量下,DBPsFP降低17.5~73%,DOM的卤代活性化学结构和官能团部分被有效钝化;PAC的网捕和卷扫效应使DBPsFP进一步减少27.9~86.1%,组合工艺对DBPs的生成潜能影响大小为：三卤甲烷（THM₄） > 卤乙酸（HAA₉） > 卤乙腈（HAN₄）/卤代酮（HK₂）/三氯硝基甲烷（TCNM）.FTIR的结果表明预氧化后3300cm^-1处的透过率降低,指纹区1000~1300cm^-1处的峰频提升,表明分子中的O-H、COOH和C-O官能团增加,共轭不饱和结构在KMnO₄作用下部分消失.3D-EEM验证了外源有机物（腐殖酸）在DOM中占比随KMnO₄浓度梯度升高而下降,同时类蛋白结构的吸收峰强度增加,说明最终DBPs贡献可能源于DOM中剩余的小分子类蛋白（氨基酸）.     

城市河流中碳源对同步硝化反硝化的影响

为了解城市污染河流水体有机碳源(COD)及溶解性有机质(DOM)在低氧(ρ(DO)=0.5～0.6 mg/L)条件下对同步硝化反硝化(SND)系统脱氮效率的影响,利用BM-Advance呼吸仪作为反应容器来模拟北运河的水体环境,并通过向水样中投加易生物降解有机碳源(乙醇)、慢速可生物降解有机碳源(淀粉)和北运河水体DOM(腐殖酸和色氨酸)的方式来研究外加碳源和水体DOM(腐殖酸和色氨酸)对水体氮去除及转化的影响。结果表明:外加乙醇时,总氮去除率从49%(C/N为6.5)上升至72%(C/N为16);外加淀粉时,反应时间内总氮去除率从25%(C/N为6.5)上升至59%(C/N为16):在模拟北运河水环境条件下,投加腐殖酸的反应器中总氮去除率为47.75%,腐殖酸可以作为很好的碳源促进SND过程,然而色氨酸则会加剧水体总氮的积累。由此可知,提高C/N可以加速同步硝化反硝化(SND)进程。     

垃圾填埋有色溶解性有机质与铜络合机制

为了阐明填埋场中重金属的形态演变机制,采用三维荧光光谱、荧光猝灭滴定技术及平行因子分析,研究了不同填埋年限垃圾中有色溶解性有机物(colored dissolved organic matter,CDOM)与Cu(Ⅱ)的络合过程.结果表明,填埋垃圾CDOM中含有类蛋白、类富里酸及类胡敏酸物质,随着填埋时间的延伸,类蛋白物质含量呈下降趋势,而类富里酸和类胡敏酸含量呈上升趋势.填埋垃圾CDOM中类蛋白物质对Cu(Ⅱ)络合能力和参与络合的荧光基团比例存在差异,络合的条件稳定常数在4.00~5.75之间,参与络合的荧光基团比例在22.78%~95.30%之间;而类腐殖质与Cu(Ⅱ)作用的条件稳定常数和参与络合的荧光基团比例变化较小,类胡敏酸物质与Cu(Ⅱ)络合的条件稳定常数在4.71~5.54之间,参与络合的荧光基团比例在42.35%~61.46%之间,类富里酸物质与Cu(Ⅱ)络合的条件稳定常数在4.44~5.25之间,参与络合的荧光基团比例在46.14%~57.22%之间.类富里酸和类胡敏酸与Cu(Ⅱ)的结合能力都随着填埋年限的增加而降低,但参与络合的荧光基团比例增加,并且类胡敏酸物质与重金属的结合能力强于类富里酸,但参与配位的官能团较类富里酸少.     

荧光溶解性有机质EEMs的新旧自组织映射图解析方法比较研究

目前,对地表水体荧光溶解性有机质(Fluorescent Dissolved Organic Matter,FDOM)三维激发发射矩阵(Excitation-Emission Matrices,EEMs)数据的解析仍旧存在挑战.本文结合原始EEMs和从中分离的荧光平行因子分析(Parallel Factor Analysis,PARAFAC)组分,利用自组织映射图(Self-Organizing Maps,SOM),开展了基于传统EEMs-SOM和新型PARAFAC-SOM神经网络模型的复杂荧光数据解析能力对比研究,以此探索和改进EEMs多元解析方法技术体系.模型以已发表论文原始数据为基础构建,研究对象为南太湖重要入湖河流东苕溪水系.结果显示:EEMsSOM模型需依赖常规"摘峰法"对各荧光峰做出主观判断,不能有效识别重叠荧光峰,且人为割裂多激发共发射荧光物质峰之间的联系,从而弱化分析结果的实际环境意义,但神经元的模式荧光光谱可视化效果较佳,且操作简便,耗时较少;PARAFAC-SOM模型克服了上述缺陷,可清除EEMs中的噪声或无用信息,大幅降低输入变量数(从1742个降至4个),缩减运算时间,较大地改善了输出结果的准确性,获得无损可靠且实际环境意义较强的结果,但该法的PARAFAC预处理要求较高,工作量较大;两类模型解析结论大体一致,对前期研究进行了全新的阐述和补充,且生动揭示了FDOM在多级河流水体中的空间赋存变化规律及河流的动态污染过程.综上,推荐在今后研究中综合使用两类优势互补的模型以实现对EEMs的深度解析.     

溶解性有机质的光谱特征及其对土壤吸附β-HCH的影响

通过考察4种不同来源的溶解性有机质(Dissoived Organic Matter,DOM)的紫外-可见光谱和三维荧光光谱特征,分析DOM的组分及结构,研究它们对β-HCH在土壤中的吸附影响.结果表明,不同来源的DOM具有不同的组成结构,对β-HCH在土壤中的吸附有不同影响.光谱特征分析结果显示,DOM芳香性和疏水性强弱顺序为:营养土A土淤泥B土.研究显示,在去除DOM条件下,土壤对β-HCH吸附量增加,即内源DOM的存在均抑制了土壤对β-HCH的吸附能力,吸附能力与内源DOM组分的亲疏水性有关.外源DOM均能促进土壤对β-HCH的吸附能力,但来源不同,促进土壤吸附β-HCH的能力不同,其吸附能力的强弱排序为:淤泥DOM营养土DOMB土DOM,这是由各土壤DOM的不同组分及不同的疏水性导致的.     

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.     

纯氧曝气活性污泥的EPS和SMP的规律研究

研究了两种典型负荷下(低负荷:F/M为0.05 kg/kg(以每kg污泥中有机物的质量计,下同),高负荷:F/M为0.25 kg/kg)纯氧曝气序批式活性污泥法处理废水时活性污泥胞外聚合物(EPS)和溶解性微生物产物(SMP)的变化情况,结果表明:控制曝气量为15 L/h,当F/M为0.05 kg/kg时,纯氧曝气使得出水SMP低于空气曝气。与空气曝气相比,纯氧曝气可减少EPS的产生。SMP随着EPS含量的增加而增加,两者呈显著的正相关(r=0.947)。     

基于菌藻对比培养方法的洱海沉积物溶解性有机氮生物有效性评价

为了深入探究DON（溶解性有机氮）在湖泊水生生态系统中的重要营养作用和生态效应,寻找科学的DON生物有效性评价方法,选择洱海不同湖区表层沉积物样品,通过室内接种细菌和铜绿微囊藻进行对比培养,运用三维荧光-平行医疗法（3D EEM-PARAFAC）研究菌藻对比培养条件下湖泊沉积物DON生物有效性及各DON荧光组分生物有效性差异.结果表明:① 藻类培养条件下洱海表层沉积物DON生物有效性（8.49%~42.5%）略低于细菌培养条件下的生物有效性（10.5%~45.3%）. ② 藻培养条件下,DON生物利用率与藻细胞密度增长量呈显著正相关,即藻细胞密度的增长量可作为反映沉积物DON生物有效性的指标. ③ 菌类培养过程中DON光谱学特征参数[如SUVA₂₅₄（254 nm处紫外吸收光谱系数）、S_R（275~295 nm处吸收光谱系数与350~400 nm处吸收光谱系数比值）等]与DON含量相关性总体较细菌培养好;培养液中SUVA₂₅₄有不同程度下降,S_R指数均有上升,大分子DON和高芳香性DON可被微生物降解.相比于陆源荧光组分,内源荧光组分的生物有效性较差. ④ 相比而言,藻类培养方法能更直观地反映沉积物DON对藻类生长的影响,可在一定程度上作为衡量湖泊沉积物DON生物有效性的指标,即藻类培养方法更适合评价洱海沉积物DON生物有效性.      

高寒山区典型小流域河流溶解性有机碳输出的年内变化及其成因

高寒山区河流溶解性有机碳(DOC)的输出可能有别于北极、亚北极地区,但却少有人研究。选取青藏高原黑河上游的典型高寒小流域——葫芦沟流域为研究对象,通过流域出口处河水DOC浓度的连续观测,分析了河水DOC输出的季节性变化规律,并探讨了流域水文过程对河水DOC输出的影响。结果表明:河水的DOC通量与河道径流量的变化趋势一致,从冬季至春季逐渐降低,夏季急剧增高,秋季又逐渐降低;河水DOC浓度的变化则恰好相反,冬季时最高,春季时略有下降,夏季时急剧降至最低值,秋季再次增高;河水DOC的输出主要集中在夏、秋两季,7~11月份的输出量占河水DOC年输出总量的80%。各水源和流动路径对河水贡献比例的变化是导致上述季节性差异的深层机制:在夏季,低DOC浓度的冰川融水和山区产流对径流有更高的贡献,故河水具有较低的DOC含量,但因其流量远高于其他季节,故DOC通量为全年最高;秋季至初冬,高DOC浓度的寒甸带冻土层上水对径流贡献比例逐渐增大,导致河水的DOC浓度增高;冬季时,河水全部源于秋季时储存在平原区含水层中的高DOC浓度的地下水,故河水的DOC浓度最高;春季中后期,除秋季时储存起来的地下水外,具有较高DOC浓度和极低溶解性无机碳(DIC)浓度的寒甸带融雪水对河水也有一定贡献,故河水DOC浓度变化不大,但其DIC浓度明显降低。