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新疆干旱区内陆河流城市段工业企业、生活污水是河流水环境风险的重要隐患,获得涉污企业溶解性有机物(DOM)稳定的荧光光谱特征,是河流等水体进行快速溯源的基础。三维荧光技术具有灵敏度高、选择性好、操作简便并且不破坏样品等优点,可作为DOM合适的表征技术。由于DOM成分复杂、结构多样,易于被pH、金属离子等外环境影响,进而引发DOM的三维荧光光谱在不同环境因子下发生荧光峰位置变化、荧光强度变化等现象,导致荧光光谱特征发生变化。本研究利用三维荧光技术分析研究了新疆某内陆河流城市段重点工业企业污水和城市生活污水的荧光光谱特征,选择典型工业企业,探讨分析pH、重金属离子种类以及溶液浓度等环境因子对涉污企业水体污水处理前、后端(分别代表高、低浓度有机污染水体)DOM的三维荧光光谱性质的影响规律,得到以下结论:
1.利用三维荧光技术分析了新疆某内陆河流城市段主要工业企业污水的荧光光谱特征。各企业未处理的污水均存在类色氨酸T峰(Ex/Em=225~237/320~380nm及Ex/Em=275/320~380nm),大部分存在类腐殖质荧光峰A峰(Ex/Em=237~260/400~500nm,300~370nm)和C峰(Ex/Em=300~370/400~500nm),酵母产品加工企业与乳制品企业有类络氨酸B峰(Ex/Em=260~290/300~310nm及Ex/Em=275/310nm);各企业处理后水体的DOM荧光峰和荧光强度均下降,荧光峰位置也发生了变化。城镇生活污水厂从进水到曝气环节水体DOM以类蛋白荧光峰为主,出水以类腐殖酸荧光峰为主;经过水解酸化后T峰强度提高,在曝气阶段各峰荧光强度明显下降;水体中COD、TN、NH3-N以及TOC等指标与DOM中类蛋白荧光组分具有较好的正相关关系,其相关系数分别为0.8917、0.8789、0.7513、0.6006。
2.酵母产品加工企业处理前后的污水各荧光强度随稀释倍数的增加都呈下降的趋势,并且变化的程度也比较相似,荧光峰位置与数量没有变化。随着稀释倍数的增加a(355)的变化趋势与荧光强度变化相一致。说明其浓度变化不会影响荧光峰类型和数量,只改变荧光强度。不同pH值对荧光特性的影响实验表明,各荧光峰强度在pH为6-8期间达到最大,随后均随酸性、碱性的增加而降低。此外,类蛋白荧光峰受到pH值变化的影响导致荧光峰偏移程度远大于类腐殖酸荧光峰,说明类蛋白质峰对pH值变化的反应更为强烈,并提示碱性环境对其有较大的淬灭作用。
3.不同金属离子对高浓度有机废水荧光强度的淬灭趋势具有相似性,但强度下降的速率不同,其中Cu2+对A峰和C峰的强度淬灭速率较大,Fe2+对类酪氨酸B峰的淬灭速率最大。对类色氨酸T峰,三种离子的的淬灭速率相当。不同金属离子对酵母厂污水处理的进水水体DOM荧光强度淬灭程度也不相同,相同的金属离子对不同的荧光组分的淬灭程度也有差异,Cu2+对类腐殖质荧光强度的影响显著,Fe2+对类蛋白荧光强度的影响显著。随Cu2+投加浓度增加,A峰与C峰出现了不同程度的红移。随Fe2+投加浓度增加,T峰出现反复红蓝移;C峰在Fe2+投加浓度为8mg/L后激发光谱和发射光谱均发生了红移。随Mn2+投加浓度增加,A峰位置在Mn2+浓度为1-5mg/L时发射光谱发生蓝移,类腐殖质C峰在Mn2+浓度大于8mg/L后激发光谱和发射光谱发生了红移。
4.利用Stern-Volmer模型来更明确的表达DOM的各荧光峰与不同金属离子络合作用的强弱。研究结果表明金属离子对类色氨酸T峰荧光强度淬灭程度最大,这体现了络合作用的不均匀性。对于类蛋白荧光峰T峰,络合作用由强到若分别是Fe2+>Cu2+>Mn2+,对于类蛋白荧光峰B峰来说,络合作用由强到若分别是Fe2+>Mn2+>Cu2+。对于类腐殖酸荧光峰A峰与C峰来说,络合作用由强到若分别是Cu2+>Mn2+>Fe2+,说明不同的金属离子与DOM中同种的荧光组分的络合程度也不同,体现了不同金属离子对溶解性有机物荧光强度产生淬灭的差异性。
1.利用三维荧光技术分析了新疆某内陆河流城市段主要工业企业污水的荧光光谱特征。各企业未处理的污水均存在类色氨酸T峰(Ex/Em=225~237/320~380nm及Ex/Em=275/320~380nm),大部分存在类腐殖质荧光峰A峰(Ex/Em=237~260/400~500nm,300~370nm)和C峰(Ex/Em=300~370/400~500nm),酵母产品加工企业与乳制品企业有类络氨酸B峰(Ex/Em=260~290/300~310nm及Ex/Em=275/310nm);各企业处理后水体的DOM荧光峰和荧光强度均下降,荧光峰位置也发生了变化。城镇生活污水厂从进水到曝气环节水体DOM以类蛋白荧光峰为主,出水以类腐殖酸荧光峰为主;经过水解酸化后T峰强度提高,在曝气阶段各峰荧光强度明显下降;水体中COD、TN、NH3-N以及TOC等指标与DOM中类蛋白荧光组分具有较好的正相关关系,其相关系数分别为0.8917、0.8789、0.7513、0.6006。
2.酵母产品加工企业处理前后的污水各荧光强度随稀释倍数的增加都呈下降的趋势,并且变化的程度也比较相似,荧光峰位置与数量没有变化。随着稀释倍数的增加a(355)的变化趋势与荧光强度变化相一致。说明其浓度变化不会影响荧光峰类型和数量,只改变荧光强度。不同pH值对荧光特性的影响实验表明,各荧光峰强度在pH为6-8期间达到最大,随后均随酸性、碱性的增加而降低。此外,类蛋白荧光峰受到pH值变化的影响导致荧光峰偏移程度远大于类腐殖酸荧光峰,说明类蛋白质峰对pH值变化的反应更为强烈,并提示碱性环境对其有较大的淬灭作用。
3.不同金属离子对高浓度有机废水荧光强度的淬灭趋势具有相似性,但强度下降的速率不同,其中Cu2+对A峰和C峰的强度淬灭速率较大,Fe2+对类酪氨酸B峰的淬灭速率最大。对类色氨酸T峰,三种离子的的淬灭速率相当。不同金属离子对酵母厂污水处理的进水水体DOM荧光强度淬灭程度也不相同,相同的金属离子对不同的荧光组分的淬灭程度也有差异,Cu2+对类腐殖质荧光强度的影响显著,Fe2+对类蛋白荧光强度的影响显著。随Cu2+投加浓度增加,A峰与C峰出现了不同程度的红移。随Fe2+投加浓度增加,T峰出现反复红蓝移;C峰在Fe2+投加浓度为8mg/L后激发光谱和发射光谱均发生了红移。随Mn2+投加浓度增加,A峰位置在Mn2+浓度为1-5mg/L时发射光谱发生蓝移,类腐殖质C峰在Mn2+浓度大于8mg/L后激发光谱和发射光谱发生了红移。
4.利用Stern-Volmer模型来更明确的表达DOM的各荧光峰与不同金属离子络合作用的强弱。研究结果表明金属离子对类色氨酸T峰荧光强度淬灭程度最大,这体现了络合作用的不均匀性。对于类蛋白荧光峰T峰,络合作用由强到若分别是Fe2+>Cu2+>Mn2+,对于类蛋白荧光峰B峰来说,络合作用由强到若分别是Fe2+>Mn2+>Cu2+。对于类腐殖酸荧光峰A峰与C峰来说,络合作用由强到若分别是Cu2+>Mn2+>Fe2+,说明不同的金属离子与DOM中同种的荧光组分的络合程度也不同,体现了不同金属离子对溶解性有机物荧光强度产生淬灭的差异性。