污水厂出水颗粒态与溶解态有机物的红外和荧光光谱特征

城市污水处理厂出水作为再生水的主要水源,其迥异的物质组成给受纳水体带来潜在环境风险。全面掌握污水厂出水水体中有机物组成及结构信息,将为污水厂提标改造及有毒有害物质排放标准的制定提供理论支撑。采用傅里叶变换红外光谱和三维荧光光谱技术,结合二阶导数光谱及区域积分分析方法,对4个典型城镇污水处理厂(W1,W2,W3,W4)出水水体中颗粒态有机物(POM)与溶解态有机物(DOM)的物质组成及结构差异特征进行了分析。结果显示： 污水处理厂出水中POM主要组分为脂肪类、芳香类、糖类及矿物盐,而DOM主要由有机酸、蛋白质、多肽、糖类及芳香类物质组成。各污水处理厂出水水体POM中,W1芳香类物质较多而矿物盐类等颗粒较少,W2较W1含有更多的糖类物质,W3含较多脂类、蛋白类及糖类,而W4含有芳香类及羧酸物质的有机物较多。水体DOM组成中,W1和W2成分较为类似,主要为芳香性较高的大分子有机酸,其含量分别占总有机物的73.9%和67.7%;W3与W4组成中蛋白、多肽及糖类含量较高,其中类蛋白物质分别占DOM总量的71.3%和53.5%。研究结果表明,采用傅里叶变换红外光谱结合二阶导数分析能很好识别不同污水处理厂出水水体中POM与DOM主要物质组成及结构差异,同时利用区域积分方法对样品三维荧光光谱进行解析,能更进一步定量分析不同来源样品物质组成特征。     

堆肥过程不同分子量水溶性有机物电子转移能力的演变及影响因素

利用超滤技术、电化学方法和光谱技术, 以堆肥水溶性有机物的不同分子量(MW)组分为研究对象, 分析在堆肥过程中不同分子量水溶性有机物(DOM)的组成特征、结构演变和电子转移能力变化的影响因素.结果表明, 类蛋白物质主要存在于堆肥前期的DOM(MW<1 kDa)中, 随着堆肥的进行, 类蛋白物质不断降解, 类富里酸物质持续合成, 堆肥后期类蛋白物质被完全降解, 类富里酸物质成为DOM(MW<1 kDa)主要的荧光组分.类腐殖物质是DOM(MW=1～3 kDa)、DOM(MW=3～5 kDa)和DOM(MW>5 kDa)的主要荧光组分, 堆肥过程中类腐殖质物质在3种不同分子量组分的变化各不相同, 但是堆肥后期类腐殖质物质在3个不同分子量组分的含量均高于堆肥初期. 堆肥过程中DOM(MW<1 kDa)的电子供给能力(EDC)呈降低趋势, 而电子接受能力(EAC)呈升高趋势; DOM(MW>5 kDa)的EDC在堆肥过程中呈上升趋势, 而EAC则无明显的变化规律.DOM(MW=1～3 kDa)和DOM(MW=3～5 kDa)的EDC和EAC在整个堆肥过程无明显变化规律.不同分子量组分堆肥DOM 的EAC受控于堆肥过程木质素降解产物的含量, 而其EDC变化与荧光参数和紫外参数无明显关系.     

堆肥中亲水性有机物还原容量表征及影响因素研究

还原容量(RC)是衡量水溶性有机物(DOM)还原特性的重要指标。分别取未腐熟和腐熟后筛分的堆肥样品提取DOM并分离亲水性组分(Hy I)作为电子供体及电子穿梭体,以3种不同形态的铁作电子受体测定其还原容量。结果表明,对于3种形态的电子受体Fe2(SO4)3,Fe(NO3)3和柠檬酸铁(FeCit),腐熟筛分后Hy I的还原容量值分别为15.88,13.41和51.45 mmol e-/mol C,均大于未腐熟阶段的Hy I还原容量值13.45,11.77和43.16 mmol e-/mol C。同时还发现不同电子受体对Hy I的还原能力影响明显,FeCit条件下测得的RC值明显高于在Fe2(SO4)3和Fe(NO3)3条件下的RC值。而且Hy I的微生物还原容量低于本底还原容量。通过紫外-可见光谱特征值(包括SUVA254和SUVA280)、特征值比值(包括A250/A365和A465/A665)及面积积分比值分析发现,芳香族、不饱和共轭双键结构、芳化度和有机质分子量都会对Hy I氧化还原能力产生影响;结合三维荧光光谱体积积分值及百分比分析发现,类腐殖质(包括类富里酸和类胡敏酸)相对含量是Hy I还原容量主要影响因素。本研究为科学表征亲水性组分的氧化还原特性、揭示其在堆肥体系污染物降解转化中的作用提供了科学依据。     

河北洨河人工湿地水体溶解性有机物性质的演化过程研究

联合三维荧光光谱、紫外光谱和化学还原法,对洨河人工湿地水体DOC与COD的变化特征以及溶解性有机物(DOM)的来源、化学结构、腐殖化程度与氧化还原性质进行研究,以期为深入揭示DOM在人工湿地中的地球化学行为及其生态环境效应提供科学依据。结果显示,河流水体COD 60%以上来自DOC的贡献,而其经过人工湿地后含量的降低则主要是由有机物中的N,H,S,P元素更容易被去除所导致的,其贡献率可达65%。f_470/520与BIX两种指数共同指示了水体DOM主要由微生物贡献,表明水体DOM明显受到微生物的降解作用。三维荧光光谱PARAFAC模型分析显示,人工湿地水体DOM包含类蛋白和类腐殖质组分,其中类富里酸和类胡敏酸组分比类蛋白质组分更容易被降解,类富里酸与类胡敏酸组分具有相似的分解命运。有色溶解性有机物(CDOM)与荧光溶解有机物(FDOM)具有共源性,均主要由类腐殖质组成,二者进入人工湿地后没有产生选择性降解。水体进入人工湿地后E₂/E₃,A_240～400,r_{(A, C)}与HIX指标没有发生显著变化,表明人工湿地对水体DOM的腐殖化程度不会产生显著影响。然而,人工湿地环境不仅有利于形成还原态的DOM,促进水体三价铁的还原,而且可以提高DOM作为电子穿梭体的能力,这可能与DOM的芳香性碳在人工湿地中能够得以更好保存有关。     

垃圾填埋初期水溶性有机物电子转移能力特征研究

为了阐明填埋垃圾初期水溶性有机物( DOM)电子转移能力的演变规律及影响因素,采集不同深度填埋垃圾并提取DOM,以希瓦氏菌MR-1和柠檬酸铁( FeCut)分别作为电子供体和电子受体,测定DOM的电子供给能力( EDC)、电子接受能力( EAC)和电子穿梭能力( ESC),采用光谱分析技术对电子转移能力的3种影响因素进行解析。结果表明,DOM中类腐殖质物质和类蛋白物质既能够作为电子供体传递出自身携带的电子,又可以作为电子受体接受微生物供给的电子。随着垃圾填埋的进行,DOM的电子供给能力和电子接受能力均先升高后降低,而电子穿梭能力持续增强。类蛋白物质是填埋初期 DOM 的主要成分,其含量决定DOM的电子供给能力和电子接受能力的演变。随着填埋时间的延长,类蛋白物质的降解是DOM的电子接受能力和电子供给能力降低的主要原因。 DOM反复氧化还原过程中光谱特征和参数变化规律显示DOM的电子穿梭能力主要源于DOM中类腐殖质物质。在填埋垃圾降解和腐殖化过程中,DOM中类腐殖质物质不断合成,致使其电子穿梭能力不断增强。