超滤/纳滤双膜工艺处理苦咸水过程中DOM三维荧光特征分析

为探明“超滤-纳滤”双膜深度处理工艺处理苦咸水过程中DOM组分三维荧光特征的变化规律,采用三维荧光光谱研究了双膜工艺净水过程中DOM组分变化,发现原水中主要含有两个强度较高的尖峰和两个强度较低的尖峰,随着净水的流程,水样中的荧光峰值逐渐减弱。采用平行因子分析的方法对净水过程中的水样进行了定量分析,在对各水样进行三线性分解的过程中发现水样中主要含有以高激发光类色氨酸和低激发光类色氨酸为代表的类蛋白物质,以紫外类富里酸和可见类富里酸为代表的类富里酸两类因子,并通过水样中各因子的最大荧光峰强度的变化分析了DOM组分的变化规律,其中原水的类蛋白物质因子和类富里酸因子的荧光峰强度分别为0.351 08和0.175 55,类蛋白物质荧光峰的荧光强度大于类富里酸荧光峰,说明原水受到了一定程度外源有机物的污染。在经过水厂原有“混凝-沉淀-过滤”的工艺处理后,DOM的去除效果不佳,类蛋白物质在经过常规工艺处理后仅下降了22.27%,而对于类富里酸具有一定的去除效果,下降了47.57%。“混凝-沉淀-过滤”的常规工艺中未完全去除的DOM将进入“超滤-纳滤”双膜法净水工艺,双膜法工艺中超滤单元对DOM没有很好的去除效果,主要起预处理作用,保障进入纳滤单元的水质;对DOM去除起主要作用的是纳滤单元,经纳滤单元处理后,水中DOM大幅下降,两类因子的荧光峰强度分别为0.013 67和0.002 56,与原水相比,类蛋白物质下降了96.11%,类富里酸物质下降了98.54%。因此,在使用“超滤-纳滤”双膜法工艺处理苦咸水的过程中,应该注意在前处理中选用合适的预氧化处理以加强常规工艺对DOM的去除,在保证除盐效果良好的情况下以减轻DOM对膜污染的影响,本研究将为双膜法的推广应用及其膜污染的控制提供进一步理论基础和科学依据。     

三维荧光结合自组织映射神经网络考察自来水厂有机物去除效果

三维荧光光谱在水体监测和水处理领域日益引起广大研究者的关注。自组织映射神经网络(SOM网络)作为一种非监督、自学习的神经网络,具有自稳定性高、抗噪声能力强等特点。使用SOM网络对某自来水厂处理流程中水样的荧光光谱进行解析,可以将三维荧光光谱聚类成三类,分别对应为络氨酸类蛋白有机物、色氨酸类蛋白有机物、紫外富里酸类物质。整个自来水处理工艺能够有效的去除水体中的有机物,其中络氨酸类、色氨酸类、紫外富里酸类物质的去除率分别为84.6%,79.9%,69.1%。研究结果表明,SOM网络可以作为一种有效的水体荧光光谱分析工具,有助于优化水处理工艺参数,提高水处理工艺性能、以及自来水厂的监测和管理。     

填埋垃圾渗滤液中水溶性有机物去除规律研究

采集垃圾渗滤液四个不同处理阶段水样,提取制备水溶性有机物(DOM),采用荧光光谱、紫外光谱及红外光谱,研究了不同阶段渗滤液DOM含量与结构特征。结果显示,整个处理过程渗滤液DOM浓度降低了377.6 mg·L-1,总去除率为78.34%,厌氧处理氧化沟和MBR过程分别去除了不同处理阶段出水中的水溶性有机物碳(DOC);厌氧处理增加了渗滤液DOM中不饱和化合物和多糖类物质含量,提高了渗滤液的可生化性;氧化沟处理有效降解了不饱和化合物和糖类。调节池和和厌氧处理过程DOM出现了类蛋白荧光峰和类腐殖质荧光峰,而氧化沟和MBR出水只有类腐殖质荧光峰,类蛋白物质和类富里酸物质主要在厌氧区和氧化沟中去除,而类胡敏酸物质主要在MBR过程中去除。     

717树脂吸附渗滤液中有机物的荧光特性研究

利用同步荧光光谱和三维荧光光谱技术分析了717树脂处理卫生填埋场渗滤液过程中有机质的组成变化。同步荧光光谱显示,在开始10 min内,波长较长的特征荧光峰强度急剧下降,波长较短的荧光峰升高,其后变化不大。三维荧光光谱扫描发现,渗滤液中只有两个类富里酸荧光峰,随时间的增长,荧光峰强度下降,紫外和可见类富里酸荧光强度比值降低,发射波长明显蓝移。结果表明,717树脂对渗滤液中有机物的吸附速度快,主要吸附分子量较大、复杂程度较高的有机物,这可能有利于后续的生物处理。     

城镇污水厂尾水人工湿地深度处理过程中DOM三维荧光光谱特征

采用三维荧光光谱(3D-EEM)分析研究了两种基质水平潜流人工湿地在深度处理城镇污水处理厂尾水过程中溶解有机物(DOM)组成特征。结果表明,两种潜流人工湿地对尾水中CODcr和DOC的去除率平均分别达到61.6%和70.1%。相比较而言,陶粒基质湿地对尾水有机物去除效果略优于沸石基质湿地。三维荧光扫描结果显示,湿地进水中表征出类溶解性有机物,即色氨酸类芳香族蛋白质(S)、溶解性微生物代谢产物(T)、可见类富里酸(M)、紫外类富里酸物质(A)。经过人工湿地净化处理后,出水中4个峰的相对荧光强度均有不同程度的降低,其中M峰和T峰的相对荧光强度降低最为明显,平均分别降低了16.4%和11.7%;人工湿地出水中腐殖类物质芳香性较弱,含有的苯环结构有机物较少,这说明潜流人工湿地对尾水中化学性质较为稳定、难以分解、不易被生物利用的类腐殖质有较好的去除效果。M峰和T峰的荧光强度在沿程上逐渐减小,S峰随沿程呈现出先增大后减小的趋势。与沸石湿地相比较,陶粒基质水平潜流人工湿地系统对尾水中DOM的特征峰荧光强度削减更为明显。     

RO处理早期垃圾渗滤液中DOM的荧光光谱分析

利用荧光检测技术对某垃圾填埋场渗滤液反渗透(RO)膜深度处理时的进水、出水、浓缩液、酸洗液以及酸洗后碱洗液中水溶性有机物(DOM)的组成变化进行了研究。同步荧光光谱显示,预处理后的渗滤液膜进水在波长280,340,370 nm出现三个较强的荧光峰,反渗透膜对此有效拦截,酸洗和碱洗的组合清洗方式有效去除了波长范围在300~420 nm的有机污染物。三维荧光光谱显示,进水含有2个类富里酸和3个类蛋白质荧光峰,RO膜出水仅含有2个类蛋白峰,浓缩液中出现其余3个高强度的荧光峰;酸洗和碱洗对膜上污染物质分子结构影响显著,存在着明显的荧光峰位移。结果表明,RO膜有效拦截了早期渗滤液中的类富里酸,而对膜的污染物除类富里酸外,还有类蛋白成分:主要为低激发类酪氨酸;为膜污染控制提供了理论支持。     

不同溶解氧水平上覆水中DOM荧光特性及总氮含量评估

采用荧光光谱技术研究不同溶解氧(DO)水平下二十埠河底泥上覆水中溶解性有机物(DOM)转化特性及类蛋白荧光强度与总氮浓度的关系。三维荧光光谱显示：上覆水中DOM主要由三种类蛋白物质(高激发波长类酪氨酸、低激发波长类酪氨酸、低激发波长类色氨酸)和两种类富里酸物质(紫外区类富里酸、可见区类富里酸物质)组成,类蛋白物质是上覆水中DOM的主要成分。经过曝气后类蛋白荧光强度均存在明显降低,其中低激发波长酪氨酸和低激发波长色氨酸相对于高激发波长酪氨酸更易被微生物降解。而类富里酸荧光强度则均呈现增强趋势,表明类富里酸物质属于难降解有机物。上覆水中DOM荧光指数介于1.65~1.8之间,表明上覆水体DOM既有陆源又有生物源但以生物源为主。荧光指数随DO增加而增大,说明随着DO增加微生物量及微生物活性逐渐增加,微生物代谢功能增强,使得上覆水中DOM的生物源成份加大。在较高的溶解氧水平下,即DO分别为2.5,3.5和5.5 mg·L-1时,高激发波长类酪氨酸峰A的荧光强度与上覆水中总氮浓度有良好的相关性,相关系数(r2)分别为0.956,0.946,0.953,说明可以通过三维荧光技术监测高激发波长类酪氨酸峰A的荧光强度而快速分析上覆水中总氮浓度,为河道水体诊断、治理及修复提供快速有效的技术参考和理论支持。     

不同溶解氧水平上覆水中DOM荧光特性及总氮含量评估（英文）

采用荧光光谱技术研究不同溶解氧(DO)水平下二十埠河底泥上覆水中溶解性有机物(DOM)转化特性及类蛋白荧光强度与总氮浓度的关系。三维荧光光谱显示:上覆水中DOM主要由三种类蛋白物质(高激发波长类酪氨酸、低激发波长类酪氨酸、低激发波长类色氨酸)和两种类富里酸物质(紫外区类富里酸、可见区类富里酸物质)组成,类蛋白物质是上覆水中DOM的主要成分。经过曝气后类蛋白荧光强度均存在明显降低,其中低激发波长酪氨酸和低激发波长色氨酸相对于高激发波长酪氨酸更易被微生物降解。而类富里酸荧光强度则均呈现增强趋势,表明类富里酸物质属于难降解有机物。上覆水中DOM荧光指数介于1.65~1.8之间,表明上覆水体DOM既有陆源又有生物源但以生物源为主。荧光指数随DO增加而增大,说明随着DO增加微生物量及微生物活性逐渐增加,微生物代谢功能增强,使得上覆水中DOM的生物源成份加大。在较高的溶解氧水平下,即DO分别为2.5,3.5和5.5mg·L-1时,高激发波长类酪氨酸峰A的荧光强度与上覆水中总氮浓度有良好的相关性,相关系数(r2)分别为0.956,0.946,0.953,说明可以通过三维荧光技术监测高激发波长类酪氨酸峰A的荧光强度而快速分析上覆水中总氮浓度,为河道水体诊断、治理及修复提供快速有效的技术参考和理论支持。     

人工湿地中水溶性有机物三维荧光光谱特性的分析

采用三维荧光技术,结合荧光区域一体化积分的分析方法,研究了一个表面流+垂直流复合人工湿地处理两条污染河流废水中水溶性有机物的荧光特征变化,结果表明:(1)该人工湿地中水溶性有机物腐殖质的主要来源为生物代谢输入而非陆源输入;(2)在表面流人工湿地的后段,部分类蛋白类物质转化为类富里酸类物质,表明经过表面流人工湿地处理之后,水溶性有机物的组成成分发生显著变化,并且有机物结构趋于稳定。而垂直流人工湿地对类腐殖酸物质峰具有明显的削弱作用;(3)表面流人工湿地对水溶性有机物的结构转化意义重大,可以显著提高水溶性有机物的稳定性。表面流+垂直流的复合人工湿地工艺对水溶性有机物具有良好的去除效果。     

垃圾渗滤液中溶解性有机物组分的三维荧光特性

运用三维荧光光谱技术研究了垃圾渗滤液中六种DOM组分的荧光特性。结果表明:类富里酸、类色氨酸和腐殖酸类物质是垃圾渗滤液DOM的主要组成,其中大量紫外区类富里酸物质的存在,是导致其可生化性差的主要原因。HOA含有较多紫外区类富里酸和较少可见区类富里酸,HIA正好相反;HIN组分主要包括紫外区和可见区类富里酸;HOB、HIB和HIN三种组分在各区域荧光信号都较强,包括HON组分在内,这四种组分荧光峰位置主要集中在类腐殖酸、紫外区类富里酸及可见区类富里酸三个区域;但不同组分的荧光强度差别较大,HOB和HIB在紫外区类富里酸有较强荧光强度,HIN在紫外区类富里酸、可见区类富里酸区域均有较强荧光强度;与这三者相比,HON在各位置的荧光信号中等;而HOA和HIA的荧光强度相对较弱,说明有机酸类物质的荧光特性较差。     

溶解有机质的三维荧光光谱特征研究

利用三维荧光光谱研究了河流、湖泊等不同来源溶解有机质(DOM)的荧光光谱特性。河流DOM的三维荧光光谱图中含有类富里酸荧光峰A和C以及类蛋白荧光峰B和D,一般而言,类富里酸荧光峰强度比较大,或者只有类富里酸荧光,但是受人类活动污染河流DOM的三维荧光光谱图中具有极强的类蛋白荧光。同样,红枫湖DOM可以由陆源输入,还可以由水体内微生物活动产生,具有4个荧光峰,受人类活动影响比较显著的百花湖DOM则表现出强的类蛋白荧光。贵阳市地下水中DOM含量相对较低,一般只含有类富里酸荧光峰,但是若受生产生活污水污染,也可检测出强的类蛋白荧光峰。考察DOM含量(以DOC表示)与类富里酸荧光强度(peak C)以及在254 nm处紫外吸收光谱强度的关系时发现它们都具有良好的线性相关关系(r2＝0.82和0.95),而紫外区类富里酸荧光与可见区类富里酸荧光之间也存在良好的线性相关关系(r2＝0.96)。此外,pH对DOM的三维荧光光谱具有显著影响,并且类富里酸荧光峰A和C的pH值效应基本一致,荧光强度最大值出现在pH 10左右,类蛋白荧光峰B的pH值效应与之略有区别,荧光强度最大值出现pH 8.5左右。     

污泥内层和外层胞外聚合物的三维荧光光谱特性研究

运用三维荧光光谱技术对污泥LB-EPS和TB-EPS的荧光特性进行了研究.实验结果表明,在污泥LB-EPS和TB-EPS中都有三个明显的荧光峰,分别为Peak B(λex/λem=270～280 nm/345～360 nm),Peak C(λex/λem=330～340 nm/410～430 am)和Peak D(λex/λem=390 nm/450～470 nm).其中Peak B为类蛋白荧光(Protein-like)、Peak C为可见区类富里酸荧光(Visible fulvic-like)、Peak D为类腐殖酸荧光(Humic-like).从各荧光峰的荧光强度来分析,LB-EPS和TB-EPS中的主要成分都为类蛋白,然后依次为富里酸和腐殖酸.浓度和pH值对污泥LB-EPS和TB-EPS的三维荧光特性都有很大的影响,但影响程度略有区别,表明作为外层的胞外聚合物,LB-EPS表现出与TB-EPS不全相同的化学结构.     

生物滞留系统间隙水DOM三维荧光光谱特征分析

为探明不同淹没区填料对生物滞留系统的净水效果的影响,采用三维荧光光谱研究间隙水溶解性有机物的组成成分和时间分布特征。三维荧光光谱显示,海绵铁环境间隙水中主要有机组分为微生物代谢产物(Ⅳ),火山岩与碎砖块中为类腐殖质(Ⅲ+Ⅴ);碎石块类腐殖质(Ⅴ)、简单芳香类蛋白(Ⅰ+Ⅱ)和微生物代谢产物(Ⅳ);48 h后海绵铁和碎砖块相关联的水生环境中DOM的荧光峰削弱,而火山岩和碎石块相关联水生环境中DOM的荧光峰增强。出水的类腐殖质组分(Ⅲ+Ⅴ)荧光积分体积均有降低(平均58.04%),芳香类蛋白组分(Ⅰ+Ⅱ)均有上升(平均65.36%)。海绵铁去除溶解性有机物效果最好(84.52%),火山岩(77.25%)和碎砖块(77.90%)较好,碎石块(29.20%)最差。间隙水中有机物主要来源于微生物的代谢活动(HIX＜4)。与类腐殖质相反,芳香类蛋白易被微生物利用,对微生物代谢活动和硝态氮反硝化有促进作用。生物滞留系统在设计时宜采用碎砖块和海绵铁填料,外加碳源宜选用易被微生物利用的有机物。     

制革废水处理过程溶解性有机物的光谱特性研究

制革工业是我国国民经济的传统产业,制革废水已成为工业废水的重要组成部分。现阶段对于制革废水的研究多关注于进水和出水的水质状况,对于废水处理过程溶解性有机物(DOM)的转化规律和净化行为涉及很少。通过紫外光谱和三维荧光光谱跟踪识别制革废水不同处理工段水体DOM的生成特性,尝试建立总荧光强度与水质参数的线性关系。结果表明：废水DOM的吸光度随着紫外波长的增加先上升后下降,最大吸收峰位于230 nm附近。A₂₅₃/A₂₀₃比值和SUVA₂₅₄的参数值先增大后减小,暗示了废水游离取代基和芳环取代基种类和数量的变化。废水原水荧光峰主要出现在λ_ex/em=320～350/440～460和λ_ex/em=270～300/390～420区域,分别归属为可见光区类腐殖酸荧光峰和可见光区类富里酸荧光峰。随着废水处理过程的进行,相继检测到类腐殖酸荧光峰蓝移(水解酸化池)、类色氨酸荧光峰(λ_ex/em=290/340,二级生化池)、弱荧光峰(λ_ex/em=350/520,四级生化池)以及荧光特性趋于稳定(二沉池和出水口)等现象,证实了废水有机物的降解特性和生成规律对荧光图谱的影响。制革废水总荧光强度去除率与总有机碳去除率的线性关系更好,相关系数r为0.835 5。紫外光谱和荧光光谱能在一定程度上揭示制革废水的净化规律和机制。     

反渗透膜前预处理工艺去除渗滤液中DOM的光谱分析

考查反渗透(RO)膜处理渗滤液前所采用的预处理工艺对致膜有机污染物的去除效果,为RO膜预处理工艺的选择提供参考,采用同步荧光光谱、三维荧光光谱、紫外-可见全光谱对某垃圾焚烧厂渗滤液原液及其经“生化(UASB+A/O)+超滤”预处理工艺各级出水进行不同分子量分布区间的分析。同步荧光光谱表明,预处理工艺总体能有效去除波长在250～320 nm各分子量区间的以及波长>320 nm、分子量>1KDa的DOM;三维荧光光谱表明,预处理工艺总体能有效去除低激发波长类酪氨酸、低激发波长类色氨酸及高激发波长类色氨酸及分子量>1KDa的类富里酸和高激发波长类酪氨酸;紫外-可见全光谱表明,预处理工艺总体能有效去除分子量>1KDa带π—π*跃迁的DOM和各分子量区间的带多个共轭体系苯环结构的DOM。结果显示,将“生化(UASB+A/O)+超滤”组合工艺作为RO膜法处理焚烧厂渗滤液的预处理工艺时,还需加强同步荧光范围>320 nm、分子量<1 KDa、带π—π*跃迁的类富里酸及高激发波长类酪氨酸的去除。