城市污水处理过程中DOM的三维荧光光谱及紫外谱图特性杨毅解读.docx

《城市污水处理过程中DOM的三维荧光光谱及紫外谱图特性杨毅解读.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《城市污水处理过程中DOM的三维荧光光谱及紫外谱图特性杨毅解读.docx（12页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第 9 卷第 12 期环境工程学报Vol9，No12Dec20232023 年 12 月城市污水处理过程中 DOM 的三维荧光光谱及紫外谱图特性杨毅杨霞霞西安建筑科技大学环境与市政工程学院，西安 710055摘要利用三维荧光光谱法和紫外分光光度法对城市污水处理过程中溶解性有机物DOM的光谱特性等进展争论。结果说明，污水中的类蛋白质物质较易被降解，类腐殖酸物质属于较难生物降解物质。且在 Ex/Em 为290295nm/325330nm 处消灭荧光峰，推想其可能是溶解性微生物代谢产物或是被原荧光峰掩盖的难降解有机物所放射荧光形说明 DOM 主要是生物来源且芳香度较低。紫外谱图在 190230nm

2、和 250 290nm 分别存在成的。FI 值在 2.032.16，着明显的吸取带和吸取平台。在好氧处理后，紫外谱图中的吸取带发生了红移且其吸取强度渐渐增大。通过 SUVA、UV253/UV203 值和 Zeta 电位在生物处理过程中的变化，说明 DOM 经过生物降解，芳香构造程度化渐渐增大，所含苯环的取代UV254 与 Ex/Em 位于230235nm/340350nm 的类蛋白质所放射的荧光程度降低，渐渐稳定。污水处理过程中 TOC、荧光峰荧光强度和之间均有很强的正相关性。强度、关键词荧光特性荧光指数紫外特性 Zeta 电位相关性中图分类号 X131 文献标识码 A9108202312-5

3、672-05 文章编号 1673- CharacteristicofthreedimensionalfluorescencespectraandUVspectra ofDOMduringprocessofurbansewagetreatmentYangYiYangXiaxiaSchoolofEnvironmentalMunicipalEngineering，XianUniversityofArchitectureTechnology，Xian710055，China AbstractThree-dimensionalfluorescencespectrometryandUVspectropho

4、tometrywereusedtostudyspec- tracharacteristicsofdissolvedorganicmattersduringthewaterprocessunitofthesewagetreat mentplantTheresultsshowedthattheproteins- likesubstancewaseasilytobedegradedinthesewageThehumic-likesub- stancewasdifficulttobedegradedAndthenewfluorescencepeakappearedatEx/Em290295nm/325

5、330nmthatitsformationmaybebecauseofthefluorescence，whichwasemittedbythesolublemicrobialme-tabolitesortherefractoryorganicmattercoveredbyoriginalfluorescencepeakTheFIvalue wasfrom2.03to2.16，whichsuggestedthattheDOMwasmainlyfrombiologicalsourcesanditsaromaticitywaslowTherewasobviouslyaabsorptionbandan

6、daabsorptionplatformwhichrespectivelylocated at190230nmand250 290nminUVspectrumsTheabsorptionbandinUVspectrumhadredshiftedandabsorptioni ntensityincreasedaf-teraerobictreatmentgraduallyTheSUVA， theratioofUV254andUV203，Zetapotentialchangedinthebiologi-caltreatmentprocess， whichshowedthedegreeofaromat

7、icstructureandthereplacingdegreeofthebenzeneringrespe ctivelyincreasedanddecreasedgraduallyTherewerepositivecorrelationsbetweenthefluor escenceintensi-tyoffluorescencepeakatEx/Em230235nm/340350nm， thetotalfluorescenceintensityandTOC， UV254duringtheprocessofsewagetreatmentKeywordsfluorescenceproperty

8、； fluorescenceindex；UVproperty；Zetapotential；correlation随着我国经济的快速进展，城市污水处理势在必行。已有争论说明，我国水环境污染以有机物为 主，其中溶解性有机物DOM是由物理化学性质各异的有机物组成的混合物，其来源、组成和构造具有1，2。有争论者利用荧光光谱法等多样性和简单性方法争论觉察，在城市污水处理过程中有机物的组基金工程：国家自然科学基金资助工程21407119；陕西省教育厅专项科研打算工程15JK1440；西安建筑科技大学根底争论基金工程JC1307收稿日期：20231204；修订日期： 20231225 作者简介：杨毅1976

9、，女，博士，副教授，主要从事环境科学与工mail：yangyixauateducn 程的教学和科研工作。E-第 12 期杨毅等：城市污水处理过程中 DOM 的三维荧光光谱及紫外谱图特性3-95673成及其浓度和性质都发生变化使用的水样用超纯水稀释了 3 倍。污水处理工艺及过程对有机物及其各组成去除效果 1.2 分析方法（1） 三维激发-放射矩阵荧光光谱法：承受 Jasco 和处理机制存在着肯定的差异。为了更具体地说明FP-6500spectrofluorometer 荧光分光光度计测定。利用三维荧光等高线图和荧光峰荧光强度的变化进展分析。（2） 紫外-可见吸取光谱法：承受日本岛津公司产 UV1

10、650PC 型紫外-可见光分光光度计测定。3Zeta 电位：承受 Nano-ZSZEN3690Zeta 电位仪测定。Zeta 电位用于表征胶体的荷电状态。4有机物浓度：用 TOC 表示， VCPH 承受 TOC-SSM-5000A 型总有机碳测定仪测定。，且不同的城市城市污水处理过程中溶解性有机物的组成性质和降解过程的变化，以加强城市污水处理厂有机物的排放掌握，为改善城市污水处理厂工艺运行和治理供给参考依据。本文应用三维荧光光谱法、紫外可见分光光度法10和 Zeta 电位仪等器，争论溶解性有机物在城市污水处理过程中组成和含量及性质的变化，并对荧光峰荧光强度、荧光峰强度之和与 TOC、UV254

11、 之间的相关性进展分析。11.1材料与方法水样的采集 2 结果与争论将取自于西安市各城市污水处理厂的总进水与 2.1 污水处理过程中荧光光谱特性争论各处理单元的出水水样进展测试分析。经过对测定 2.1.1 污水各处理单元进出水荧光光谱特性结果分析所得到的全都性结论，本文以其中一个水厂为例进展具体的阐述。所采集的水样经 0.45m微孔滤膜过滤后测试分析，其中荧光光谱法分析所城市污水处理厂局部处理单元进出水荧光光谱见图 1。各处理单元水样的各荧光峰的荧光谱图， 强度与荧光峰荧光强度之和，见表 1。图 1Fig.1污水局部处理单元的 DOM 的荧光等高线谱图DOMfluorescencecontou

12、rplotspectroscopyinpartofsewageprocessingunits 5674表 1Table1环境工程学报污水处理各单元出水经稀释后的各荧光峰荧光强度、荧光强度之和与 FI 值Fluorescenceintensity，totalfluorescenceintensityandFIvalueoffluorescence peakofeachunitofsewagetreatment曝气沉砂池出水 297.0813.3432.51540.02.05初沉池出水 275.9728.1425.41429.42.07A2/O厌氧段出水 141.2257.4323.8722.42

13、.07 缺氧段出水 104.8304.9409.72.03好氧段出水 80.62277.9358.62.05第 9 卷处理单元荧光峰 1 荧光峰 2 荧光峰 3 荧光强度和 FI 值总进水 287.3808.6407.81503.72.06细格栅出水 274.2772.9390.61437.72.09 二沉池出水 72.81251.7324.52.16滤池出水 79.40273.9353.32.12 总出水 77.40284.7362.12.09由图 1 可知，城市污水处理厂进水的三维荧光光谱图中主要有 3 个明显的荧光峰，即荧光峰 1、荧 3 个荧光峰的荧光强度与荧光水到污水厂总出水，峰荧光

14、强度之和根本变化不大。光峰 2 和荧光峰 3。荧光峰 1 的激发波长和放射波 2.1.2 污水处理过程中荧光指数分析本文荧光指数FI是指激发波长为 370nm 时，长变化范围 Ex/Em 为230 235nm/340350nm，说明城市污水中主要含简洁的类蛋白质有机物。荧光峰 2 的激发波长和放射波长变化范围 Ex/Em 为285300nm/340350nm，该荧光峰代表污水中主要含有与微生物类副产物有关的类蛋白质。荧光峰 3 的激发波长和放射波长范围 Ex/Em 为350355nm/427439nm，说明城市污水中含有腐殖酸类物质。以上说明城市污水中能够放射放射波长分别为 450nm 和 5

15、00nm 处的荧光强度之11-13。该城市污水处理过程中各处理单元的荧比光指数值如表 1 所示。由表 1 可知，该污水处理厂各处理单元进出水水样的荧光指数值在 2.032.16 范围内。说明城市污水中的溶解性有机物主要是生物来源 DOM，芳香度都较低。由于随生物处理进行，污水中溶解性有机物中微生物来源的有机物比14，15。荧光的有机污染物主要含有类蛋白质和类腐殖酸，重增大，污染来源主要变为内源污染 2.2 污水处理过程中紫外谱图特性其主要含羰基和羧基等官能团。由图 1 和表 1 可知，城市污水从进入污水处理污水处理过程中的紫外谱图见图 2。厂到初沉池出水，荧光峰 1、荧光峰 2 和荧光峰 3

16、的说荧光强度与 3 个荧光峰荧光强度之和变化较小，明一级处理对城市污水中能够放射荧光的溶解性有机物去除效率较低。而在生物处理阶段，从污水进入厌氧池到好氧池出水中觉察，各荧光峰的荧光强度与荧光峰强度之和都有所降低。荧光峰 1 的变化较为明显，说明荧光峰 1 所代表的类蛋白质在厌氧、缺氧和好氧生物处理各阶段都较为明显地被降解。从缺氧池出水的荧光光谱图中觉察，荧光峰 2 在缺氧池后消逝。说明荧光峰 2 所代表的类蛋白质有机物在缺氧处理阶段根本被降解。由图 1c图 1f可知，厌氧处理后的各处理阶段出水在激发波长和放射波长变化范围分别为290295nm/325330nm 处消灭荧光峰，推想其可能是溶解性

17、微生物代谢产物SMP或是被荧光峰 2 掩盖的难降解有机物所放射的荧光形成的荧光峰。荧光峰 3 的荧光强度主要是在厌氧阶段相对明显地降低，在缺氧和好氧阶段也有较小幅度地降低。说明荧光峰 3 所代表的类腐殖酸主要是在厌氧处理阶段被生物转化，说明其属于难降解物质。从二沉池出图 2Fig.2污水各处理单元进出水水样紫外谱图UVspectraofwatersamplesofeachsewagetreatmentunit由图 2 可知，在波长 190400nm 范围内污水处理厂的总进水和一级处理各单元出水的紫外谱图根本接近。随波长增长，城市污水的紫外吸取值先增大后快速降低再缓慢降低直至为零，没有特别明显的

18、特征峰值。消灭宽而钝的谱带和平台，主要在 190 230nm 左右处存在明显的吸取带，在 250290nm 左右消灭平台。从二级生物好氧处理到总第 12 期杨毅等：城市污水处理过程中 DOM 的三维荧光光谱及紫外谱图特性5675出水的紫外谱图显示，此过程紫外谱图的吸取带发且其吸取强度渐渐增大。主要是因生了明显红移， 含氮有机物发生了硝化为在好氧生物处理过程中，作用，生成了硝酸盐和亚硝酸盐，它们在波长 220nm 四周有明显的吸取。说明污水中所含溶解态有机物分子的 电子系统共轭程度增大，其电子跃迁所需的能量降低。另外，受立体效应的影响，分子间的发色基团虽不共轭，但由于空间的排列，使它们的导致紫外

19、吸取带的位置和强度都电子云相互影响， 整个处理流程来看，从总进水到总出水的 SUVA 值SUVA 值明显尤其从二级生物处理开头，渐渐增大， 从 0.7L/mgcm增大到 9L/mgcm。增大，说明城市污水处理过程中污水所含有的芳香性有机碳或所含的共轭不饱和双键比例渐渐呈现上升的趋势，芳香构造程度化渐渐增大，污水中有机物渐渐稳定。依据 UV253/UV203 值可知，随城市污水处理过程的进展，溶解性有机物所含苯环的取代程度在一级二级生物处理阶段降低，从二沉池出处理阶段较高，水到总出水时降到最低且不变，此时 UV253/UV203 为发生转变。2.3 污水处理过程中 SUVA 值、UV253/UV

20、203 和 0.04。说明城市污水在二级生物处理过程中溶解性 Zeta 电位的分析有机物被降解，进展生物转化，导致污水中溶解性有污水处理厂各处理单元进出水的 SUVA 值、机物所含苯环的取代程度降低，产生消毒副产物的 UV253/UV203 值与 Zeta 电位见表 2。由表 2 可知，从表 2 Table2处理单元 SUVAL/mgcmUV253/UV203ZetamV 可能性也渐渐减小。UV253/UV203 与 Zeta 电位污水处理厂各处理单元的 SUVA 值、曝气沉砂池出水0.70.2517.8初沉池出水 0.70.2116.3 A2/O厌氧段出水1.20.1713.6缺氧段出水2.

21、50.2311.0好氧段出水2.70.1010.0SUVAvalues， UV253/UV203andZetapotentialineachtreatmentunitofsewagetreatmentplants 总进水 0.50.1918.4细格栅出水 0.60.2018.8二沉池出水滤池出水总出水60.049.7870.049.5090.048.41由表 2 可知，城市污水处理过程中污水的 Zeta 电位确定值根本是渐渐降低的。Zeta 电位值由总进水时的18.4mV 增大到总出水时的8.41mV。说明污水中腐殖酸等溶解性有机物是带负电荷的，且随污水处理过程的进展，污水中溶解性有机物所带的

22、负电荷渐渐削减。溶解性有机物分子和胶粒间的排斥力减弱，分子体系共轭程度增加，导致从二级生物好氧处理以后紫外谱图中的紫外吸取峰发生红移现象。这与紫外谱图分析所得的结果全都。表 3Table3荧光峰荧光强度、荧光强度之和与 TOC、UV254 之间的相关性CorrelationbetweenthefluorescenceintensityandtheirsumandTOC，UV254工程荧光峰 1 的荧光强度荧光强度之和TOC0.9760.975 UV2540.9020.892注：在 0.01 水平双侧上显著相关。3 结论（1） 城市污水处理过程的三维荧光谱图中主要说明城市污水中溶解性有机 2.4

23、 污水处理过程中荧光特性与 TOC 和 UV254 的有 3个明显的荧光峰，物主要含有类蛋白质与类腐殖酸。位于 Ex/Em 为相关性Pearson 相关系数是用来衡量两个数据集合是230235nm/340350nm的荧光峰所代表的类蛋白质渐渐被降解，位于 Ex/Em 为285300 否在一条线上面的参数。使用 SPSS 软件对城市污nm/340350nm 所代表类蛋白质物质的荧光峰水处理过程中荧光峰 1 荧光强度与 3 个荧光峰荧光说明此类蛋白质物质在缺氧处理阶段后根本消逝，TOC、UV，强度之和与 254 之间的相关性进展分析分易降解。且厌氧处理后的各处理阶段出水在 Ex/TOC、UV254

24、 与荧光峰 1、析结果见表 3。由表 3 可知，Em 为290295nm/325330nm 处消灭荧光荧光峰荧光强度之和的相关系数分别为 0.976、峰，推想其可能是溶解性微生物代谢产物SMP或 0.975 和 0.902、0.892，均为极强性相关，且 TOC、是被荧光峰 2 掩盖的难降解有机物所放射的荧光形 UV254 与荧光峰 1 荧光强度、荧光峰荧光强度之和为成的荧光峰。代表类腐殖酸的荧光峰荧光强度在整正相关。说明类腐殖酸犯难降解有个处理过程中变化较小，5676环境工程学报第 9 卷机物。荧光指数 FI 在 2.032.16 范围内，说明城芳市污水中的溶解性有机物主要是生物来源 DOM

25、， 香度都较低。（2） 城市污水处理过程各处理单元紫外谱图中在190230nm 和250 290nm 分别存在一个明显的吸取带和一个吸取平台。在污水二级生物好氧处理以后，紫外谱图的吸取带发生了红移，且其吸取强度渐渐增大。SUVA 和UV253/UV203 值变化说明，随污水处理进展，溶解性有机物的芳香构造程度化渐渐增大，溶解性有机物渐渐稳定。在二级生物溶解性有机物所含苯环的取代程度降处理过程中， 低，产生消毒副产物的可能性渐渐减小。（3） 城市污水处理过程中溶解性有机物的 Zeta 电位值呈现渐渐降低的趋势，说明在污水处理过程中溶解性有机物胶粒所带的负电荷渐渐削减，其分子和胶粒间的排斥力减弱，

26、分子体系共轭程度增加。（4） 城市污水处理过程中，TOC、UV254 与荧光峰 1、荧光峰荧光强度和之间均有很强的正相关性。参考文献1郭瑾，彭永臻城市污水处理过程中微量有机物的去除2023，27S1：65-69 转化争论进展现代化工， GuoJin，PengYongzhenesearchadvancesinremovalandtransformationoftraceorganicpollutantsduringwastewatert reatmentprocessModernChemicalIndustry，2023，27S1：65-69inChinese2刘小静，吴晓燕，齐彩亚，等三维荧光

27、光谱分析技术的2023，296：422-425 应用争论进展河北工业科技， LiuXiaojing，WuXiaoyan，QiCaiya，etalApplicationsofthree- dimensionalfluorescentspectroscopyanalysistech- nologyHebeiJournalofIndustrialScienceandTechnolo-2023，296：422-425inChinesegy，3GuoWeidong，XuJing，WangJianping，etalCharacter- izationofdissolvedorganicmatterinur

28、bansewageusing excitationemissionmatrixfluorescencespectroscopyandparallelfactoranalysisJournalof EnvironmentalSciences，2023，2211：1728-17344郝瑞霞，曹可心，邓亦文三维荧光光谱法表征污水中2023，2610：41-44 溶解性有机污染物分析试验室， Haouixia，CaoKexin， DengYiwenCharacterizationofdissolvedorganicpollutantsinwastewaterbythree- dimen-sionalf

29、luorescentspectroscopyChineseJournalofAnalysisLaboratory，2023， 2610：41-44inChinese5陈茂福，吴静，律严励，等城市污水的三维荧光指纹2023，283：578-282 特征光学学报， ChenMaofu，WuJing，LvYanli，etalFluorescencepropertiesofmunicipalwastewaterActaOpticaSinica，2023，283：578-282inChinese6ZhangHua，QuJiuhui，LiuHuijuan， etalCharacteriza-tionofi

30、solatedfractionsofdissolvedorganicmatterfrom sewagetreatmentplantandtherelateddisinfectionby-prod- uctsformationpotentialJournalofHazardousMaterials，2023，1642-3：1433- 14387GuoJin，PengYongzhen，GuoJianhua，etalDissolved organicmatterinbiologicallytreatedsewageeffluentBT-SE： Characteristicsandcomparison

31、Desalination，2023，2781-3：365-3728姚璐璐，涂响，于会彬，等三维荧光区域积分评估城市污水中溶解性有机物去除环境工程学报，2023，72：411-416 YaoLulu，TuXiang，YuHuibin，etalEvaluationofdis- solvedorganicmatterremovalinmunicipalwastewaterbasedonfluorescenceregionalintegrat ionChineseJournalofEnvi-ronmentalEngineering，2023，72：411-416inChinese9TeymouriBF

32、luorescencespectroscopyandparallelfactoranalysisofwatersfrommunicipalwastesourcesColumbia，USA： UniversityofMissouri，202310张鲜，王莹，高薇，等紫外可见分光光度法测定污水中间-硝基苯酚的含量沈阳师范大学学报自然科学 2023，304：531-533版， ZhangXian，WangYing，GaoWei，etalDeterminatingcontentofm- nitrophenolinsewagebyultravioletspectro-photometryJournalo

33、fShenyangNormalUniversityNat-2023，304：531-533inChineseuralScience，11王琪，庄重，叶小会甲磺酸帕珠沙星荧光光谱特性2023，276：2197-2201 争论及应用光谱试验室， WangQi，ZhuangYan，YeXiaohuiFluorescencespectraofpazufloxacinmesylateanditsappliationChineseJou r-nalofSpectroscopyLaboratory，2023，276：2197-2201inChinese12 肖隆庚，陈文松，陈国丰，等中国南海 CDOM 三维

34、荧光2023，341：160-167 光谱特征争论环境科学学报， XiaoLonggeng，ChenWensong，ChenGuofeng，etalFluorescenceexcitation- emissionmatrixspectroscopyof chromophoricdissolvedorganicmatterintheSouthChinaSeaActaScientiaeCircumstantia e，2023，341：160-167inChinese13赵芸，林进，陈浩，等辽河水体中溶解有机质的光谱2023，364：103-108 初步争论环境科学与技术，ZhaoYun，LinJi

35、n，ChenHao，etalPreliminaryspec- troscopicstudyondissolvedorganicmatterinLiaoheiv-erEnvironmentalScience Technology，2023，364：103-108inChinese14吉芳英，黎司，周光明，等重庆主城区两江溶解有机质的荧光光谱特征光谱学与光谱分析，2023，301：233-238 JiFangying，LiSi，ZhouGuangming， etalStudyofthefluorescencecharacteristicsofDOMfromtheYangtzeiv-erandJialing iveraroundChongqingsurbanareSapsectroscopyandSpectralAnalysis，2023，301：233-238inChinese15WuJun，ZhangHua，HePinjing， etalInsightintothe heavymetalbindingpotentialofdissolvedorganicmatterinMSWleachateusingEEMquenchi ngcombinedwithPAAFACanalysisWateresearch，2023，454：1711-1719