隋志男,郅二銓,姚 杰,于會(huì)彬,宋永會(huì)*,李 輝.沈陽(yáng)化工大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院,遼寧沈陽(yáng)042 2.環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院,北京0002 3.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院城市水環(huán)境科技創(chuàng)新基地,北京0002
三維熒光光譜區(qū)域積分法解析遼河七星濕地水體DOM組成及來(lái)源
隋志男1,2,3,郅二銓2,3,姚杰2,3,于會(huì)彬2,3,宋永會(huì)2,3*,李輝1
1.沈陽(yáng)化工大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院,遼寧沈陽(yáng)110142 2.環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院,北京100012 3.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院城市水環(huán)境科技創(chuàng)新基地,北京100012
監(jiān)測(cè)了七星濕地水體水質(zhì),采用三維熒光光譜技術(shù)結(jié)合熒光區(qū)域積分(FRI)分析法研究七星濕地水體中溶解性有機(jī)物(DOM)熒光特性,分析了DOM組成、腐殖化程度、污染來(lái)源等與其他水質(zhì)指標(biāo)之間的相關(guān)性。結(jié)果表明,七星濕地對(duì)于支流水體有一定的凈化作用,出水CODCr滿足GB 3838—2002的Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),氨氮及總磷仍然是水體中的主要污染物;熒光指數(shù)(f450/500)平均值為1.82,表明七星濕地DOM主要是生物來(lái)源;腐殖化指數(shù)(rB,D)整體較低,表明濕地水體腐殖化程度較高,有機(jī)物污染較為嚴(yán)重。通過(guò)熒光區(qū)域積分法將熒光光譜圖劃分為五大類,其中芳香性蛋白類物質(zhì)Ⅱ相對(duì)濃度最高,占DOM總量的37.51%~54.2%,其主要與生活污水排放有關(guān);DOC濃度與芳香蛋白類物質(zhì)Ⅰ、芳香蛋白類物質(zhì)Ⅱ、溶解性微生物代謝產(chǎn)物及腐殖質(zhì)類物質(zhì)有較高相關(guān)性;TP濃度則與芳香蛋白類物質(zhì)Ⅱ呈顯著正相關(guān),與富里酸類物質(zhì)和腐殖酸類物質(zhì)顯著相關(guān)。三維熒光光譜區(qū)域積分法可用于水體中DOM組成及污染物來(lái)源研究。
七星濕地;DOM;三維熒光光譜;區(qū)域積分;污染來(lái)源
隋志男,郅二銓,姚杰,等.三維熒光光譜區(qū)域積分法解析遼河七星濕地水體DOM組成及來(lái)源[J].環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào),2015,5(2):114-120.
SUI Z N,ZHI E Q,YAO J,et al.Characterization of DOM composition and origin using three-dimensional fluorescence spectroscopy coupled with region integration method in Qixing wetland[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2015,5(2):114-120.
溶解性有機(jī)物(dissolved organic matter,DOM)是指存在于各類水體中(海洋、河流、湖泊、地下水、雨水)可以通過(guò)0.45 μm濾膜的天然有機(jī)質(zhì)混合體,由于來(lái)源不同使其形成過(guò)程較為復(fù)雜多變,但其組分主要包括腐殖酸、富里酸,以及各種親水性有機(jī)酸、氨基酸等[1-2]。DOM在水生態(tài)系統(tǒng)中具有極其重要的作用,其不僅是物質(zhì)能量和營(yíng)養(yǎng)組分循環(huán)的重要途徑,且在調(diào)節(jié)水生態(tài)系統(tǒng)的pH、堿度及電荷平衡等方面也有重要影響[3-5]。因此,DOM在水體中的分布和組成已成為當(dāng)前國(guó)際環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。
熒光性質(zhì)是河流中DOM最重要的光學(xué)性質(zhì)之一,其熒光性質(zhì)改變表明其化學(xué)組成也相應(yīng)地發(fā)生了變化。三維熒光光譜能夠?qū)Χ嘟M分復(fù)雜體系中熒光光譜(發(fā)射波長(zhǎng)/激發(fā)波長(zhǎng),Em/Ex)重疊的對(duì)象進(jìn)行光譜識(shí)別和解析表征[6-8],并且具有測(cè)定迅速、高靈敏度、高選擇性、高信息量、且不易破壞樣品結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)[9],其適用于對(duì)水質(zhì)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)[10],可以更加準(zhǔn)確及時(shí)地跟蹤研究DOM在水環(huán)境中的來(lái)源變化[11]。通過(guò)對(duì)熒光光譜圖進(jìn)行分析,根據(jù)譜圖中熒光峰的強(qiáng)度、位置以及個(gè)數(shù)的變化,可以初步判斷水體中DOM的分布、組成和來(lái)源的變化。熒光區(qū)域積分(fluorescence regional integration,F(xiàn)RI)是另一種熒光光譜解析方法[12],可對(duì)多組分體系中熒光光譜的重疊對(duì)象進(jìn)行光譜識(shí)別和表征,在一定程度上能夠克服傳統(tǒng)三維熒光光度法中尋峰法的某些不足[13-14]。到20世紀(jì)末,三維熒光技術(shù)已大量應(yīng)用于河流、海洋等不同來(lái)源DOM的研究中。
筆者以遼河保護(hù)區(qū)七星濕地水樣中的DOM為研究對(duì)象,采用三維熒光光譜法對(duì)各采樣點(diǎn)處DOM的熒光性質(zhì)進(jìn)行測(cè)定和分析,再結(jié)合熒光區(qū)域積分法,提取有效的熒光光譜特征,分析七星濕地中DOM的主要組成及來(lái)源分布情況,探討三維熒光光譜法用于濕地中的DOM定量和組成上的可行性,以期為監(jiān)控和治理水體污染以及管理河口濕地提供理論依據(jù)。
1.1研究區(qū)域與采樣點(diǎn)設(shè)置
遼河流域地處遼寧省軸線位置,連接沿海經(jīng)濟(jì)帶、沈陽(yáng)經(jīng)濟(jì)區(qū)和遼西北經(jīng)濟(jì)區(qū)三大板塊,是國(guó)家振興東北老工業(yè)基地的核心[15],該區(qū)域人口稠密,水環(huán)境污染嚴(yán)重。經(jīng)過(guò)各方不懈努力,遼河干流工業(yè)點(diǎn)源污染已經(jīng)基本消除,干流水質(zhì)得到顯著改善,但是遼河支流污染形勢(shì)依然嚴(yán)峻,已成為干流污染物的主要來(lái)源之一。
濕地作為陸地和開(kāi)闊水體間的過(guò)渡地帶,是多種運(yùn)動(dòng)形態(tài)及物質(zhì)體系的交匯場(chǎng)所,也是地球上能量交換、物質(zhì)遷移非常活躍的一個(gè)地帶[16]。七星濕地位于遼河保護(hù)區(qū)中部,是典型的支流河口濕地,用于阻控西小河、萬(wàn)泉河、羊腸河及長(zhǎng)河等4條支流中的污染物,凈化支流來(lái)水,減輕遼河干流污染負(fù)荷。該區(qū)域年平均氣溫7.5℃,年降水量672.9 mm,降水多集中在7—8月。植被類型以水生植被及沼澤植被為主。水生植被以蘆葦、香蒲、茭草等挺水植被為主;沼澤植被以蓮、菱、萍蓬蓮、黑藻等為主。萬(wàn)泉河與長(zhǎng)河主要接納沿途城鎮(zhèn)生活污水及部分工業(yè)廢水,而西小河與羊腸河接納的污染物相對(duì)較少。七星濕地區(qū)域內(nèi)有2座鋼板閘攔蓄河水,水體經(jīng)由1座溢流壩進(jìn)入遼河干流。七星濕地面積達(dá)6.7× 106m2,水深1.5 m,蓄水量為1.0×107m3。
于2014年4月對(duì)七星濕地進(jìn)行采樣,共布設(shè)西小河、萬(wàn)泉河、羊腸河、1號(hào)閘、長(zhǎng)河、2號(hào)閘、七星濕地出口7個(gè)采樣點(diǎn)(圖1)。

圖1 七星濕地采樣點(diǎn)布設(shè)Fig.1The sample sites of Qixing wetland
1.2樣品采集與分析
使用水樣采集器對(duì)表層水樣(0~15 cm)進(jìn)行采集,混合均勻后倒入250 mL玻璃采樣瓶(經(jīng)10%硝酸浸泡,并用超純水清洗)。利用320D-02A型便攜式水質(zhì)測(cè)定儀(美國(guó)奧利龍公司)對(duì)水溫、pH和溶解氧(DO)濃度進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定。樣品置于低溫保溫箱內(nèi)保存并運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室,迅速分析水體的CODCr、NH+4-N濃度及TP濃度。各項(xiàng)指標(biāo)的分析依照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》[17]中的測(cè)定方法進(jìn)行。水體水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)參照GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》。對(duì)采集的水樣進(jìn)行抽濾(0.45 μm濾膜),濾液中的有機(jī)物即為DOM。DOC濃度采用Multi N/C2100型TOC儀(德國(guó)耶拿公司)進(jìn)行測(cè)定。
采用Hitachi F-7000熒光分光光度計(jì)(日本日立公司)對(duì)水樣DOM進(jìn)行三維熒光光譜掃描。參數(shù)設(shè)定:Ex為200~450 nm,Em為260~550 nm;狹縫寬帶的Ex為5 nm,Em為5 nm;PMT電壓為700 V;掃描速度為2 400 nm/min。
1.3三維熒光數(shù)據(jù)分析方法
在對(duì)三維熒光光譜進(jìn)行解析前,先將瑞利散射上方的光譜數(shù)據(jù)置零,以消除瑞利散射的影響;再以超純水(Milli-Q)做空白,將樣品的掃描數(shù)據(jù)結(jié)果減去超純水的三維熒光光譜數(shù)據(jù),以去除拉曼散射的影響[18],從而提高熒光光譜解析效率。最后采用區(qū)域積分法對(duì)三維熒光光譜進(jìn)行定量分析[12]。
FRI方法首先將三維熒光光譜區(qū)域劃分為5個(gè)部分:區(qū)域Ⅰ的Ex/Em為(220~250)/(280~330);區(qū)域Ⅱ的Ex/Em為(220~250)/(330~380);區(qū)域Ⅲ的Ex/Em為(220~250)/(380~500);區(qū)域Ⅳ的Ex/ Em為(250~280)/(280~380);區(qū)域Ⅴ的Ex/Em為(250~400)/(380~500)。這5個(gè)區(qū)域分別代表5種不同類型的有機(jī)物,依次為芳香蛋白類物質(zhì)Ⅰ、芳香蛋白類物質(zhì)Ⅱ、富里酸類物質(zhì)、溶解性微生物代謝產(chǎn)物以及腐殖酸類物質(zhì)[12,18]。用OriginPro 8.5軟件計(jì)算出特定的熒光區(qū)域積分體積(Φi),Φi表示具有相似性質(zhì)有機(jī)物的累積熒光強(qiáng)度;再對(duì)Φi進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化分析,得到某一熒光區(qū)域積分標(biāo)準(zhǔn)體積(Φi,n);最后計(jì)算出某一熒光區(qū)域的特定結(jié)構(gòu)有機(jī)物的積分占總積分的比例(Pi,n)[19]。
利用熒光指數(shù)(f450/500)分析和表征DOM的來(lái)源。f450/500定義為激發(fā)波長(zhǎng)為370 nm時(shí),熒光發(fā)射光譜強(qiáng)度在450與500 nm處的比值[20-21]。在三維熒光光譜分析中,當(dāng)富里酸熒光強(qiáng)度與腐殖酸類物質(zhì)熒光強(qiáng)度的比值(腐殖化指數(shù),rB,D)越大,表明DOM的腐殖化程度越低,因此rB,D可以用來(lái)表征有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)與成熟度[22]。
2.1水體常規(guī)指標(biāo)分析
七星濕地水體水質(zhì)見(jiàn)表1。DO濃度反映了水體受污染程度,DO濃度越低,說(shuō)明污染越嚴(yán)重;但DO濃度與水溫也有一定的關(guān)系,當(dāng)水溫較低時(shí),DO濃度相對(duì)較高。由于采樣時(shí)間是在春天,水溫依然較低(16.66±1.60)°C,所以水體中的DO濃度相對(duì)較高(10.35±2.94)mg/L。水體pH為8.72± 0.50,呈弱堿性。7個(gè)采樣點(diǎn)處水體的CODCr相差較大,跨度為3.40~47.39 mg/L。西小河、羊腸河、1號(hào)閘和長(zhǎng)河的CODCr較低,達(dá)到Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)以上,而萬(wàn)泉河、2號(hào)閘和七星濕地出口處的CODCr較高,接近或超過(guò)了Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(CODCr≤40 mg/L),表明萬(wàn)泉河、2號(hào)閘及七星濕地出口處的水體可能受到周邊污水排放的影響,致使水體CODCr較高,水體污染較重。除萬(wàn)泉河水體中氨氮濃度符合Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)外,其他采樣點(diǎn)處的氨氮濃度都達(dá)到了劣Ⅴ類,2號(hào)閘處的氨氮濃度達(dá)到22.52 mg/L,超標(biāo)10倍以上,表明水體中氨氮污染較為嚴(yán)重。經(jīng)過(guò)濕地凈化后,在濕地出口處氨氮濃度為11.50 mg/L,依然超出Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)近6倍。各采樣點(diǎn)處水體的總磷濃度也普遍偏高,除羊腸河外其余采樣點(diǎn)都超過(guò)了Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。西小河氨氮和總磷污染嚴(yán)重,萬(wàn)泉河主要是CODCr和總磷污染,羊腸河氨氮濃度相對(duì)較高,長(zhǎng)河主要是氨氮和總磷污染,其原因可能是支流周圍的生活污水、畜禽養(yǎng)殖廢水及含磷工業(yè)廢水未經(jīng)處理直接排放到水體中造成的。分析結(jié)果表明,七星濕地對(duì)支流來(lái)水有一定的凈化作用,出口處CODCr滿足Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),但是氨氮和總磷的濃度分別超標(biāo)5倍和3倍,表明氨氮和總磷仍然是水體中主要的污染物,水體污染狀況依然比較嚴(yán)重。

表1 七星濕地水體理化性質(zhì)Table 1Physical and chemical properties of Qixing wetland water

圖2 三維熒光光譜圖Fig.2Three-dimensional fluorescence spectra
2.2三維熒光光譜分析
圖2為7個(gè)采樣點(diǎn)水體中DOM的三維熒光光譜圖。從圖2可以看出,各采樣點(diǎn)處的熒光光譜圖基本能分辨出4個(gè)熒光峰(A、B、C、D),其中峰A和B屬于低激發(fā)波長(zhǎng)色氨酸類物質(zhì)和富里酸類物質(zhì),峰C和D屬于溶解性代謝產(chǎn)物和腐殖酸類物質(zhì)[18]。7個(gè)采樣點(diǎn)峰A處的熒光強(qiáng)度都極高,主要是由于受到周圍工農(nóng)業(yè)廢水及生活污水污染的影響致使水體中的類蛋白類物質(zhì)濃度較大。大多數(shù)紫外區(qū)的峰B要強(qiáng)于可見(jiàn)區(qū)的峰D,有的地區(qū)峰D非常弱,即所代表的腐殖酸類物質(zhì)在水體中的濃度較低。富里酸和腐殖酸類物質(zhì)主要與水中植物的腐爛程度和降解產(chǎn)物有關(guān)。而峰C反映的是浮游植物生長(zhǎng)過(guò)程中微生物代謝產(chǎn)物的熒光產(chǎn)生,如蛋白、輔酶、小分子有機(jī)酸、色素等[23]。7個(gè)采樣點(diǎn)總體上熒光圖譜中類蛋白熒光峰和溶解性代謝產(chǎn)物熒光峰較為明顯,說(shuō)明受水體內(nèi)部微生物活動(dòng)的影響,七星濕地中DOM的來(lái)源主要以生物來(lái)源為主,微生物所產(chǎn)生的有機(jī)質(zhì)濃度較大。
表2為f450/500和rB,D的計(jì)算結(jié)果。研究表明,生物來(lái)源DOM和陸源DOM的2個(gè)端源f450/500分別為1.9和1.4[20]。從表2可知,七星濕地水體中f450/500為1.77~1.89,平均值為1.82,說(shuō)明其DOM主要是生物來(lái)源,可能是因?yàn)橹苓吷钗鬯娃r(nóng)業(yè)廢水的排放,導(dǎo)致其水體中的微生物較為活躍,新陳代謝較為旺盛。7個(gè)采樣點(diǎn)處水體的rB,D為1.47~1.66,平均值為1.56,表明腐殖化程度整體較高,DOM的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,分子量較大。由于rB,D發(fā)生變化,說(shuō)明水體中至少有2種不同類型的富里酸熒光物質(zhì)[7]。在2號(hào)閘處水體的rB,D最大,說(shuō)明其水體腐殖化程度最低,腐殖酸濃度最少。而其他采樣點(diǎn)處水體的rB,D變化范圍較窄,表明水體受污染程度差別不大[24]。

表2 DOM的f450/500和rB,DTable 2f450/500and rB,Dof DOM
2.3FRI分析
通過(guò)FRI計(jì)算得到了7個(gè)采樣點(diǎn)5個(gè)區(qū)域的積分標(biāo)準(zhǔn)體積(表3)。從表3可以看出,5個(gè)積分區(qū)域代表的有機(jī)物相對(duì)濃度。由于受到濕地周圍生活污水、農(nóng)業(yè)廢水及部分工業(yè)用水排放的影響,水體中的芳香性蛋白類物質(zhì),尤其是區(qū)域Ⅱ所代表的主要污染物(蛋白類物質(zhì)),其積分標(biāo)準(zhǔn)體積平均為892 470.5 au·nm2,占水體有機(jī)物總量的37.51%~54.20%;其次受周圍污水處理廠尾水排放的影響,引起水體中的微生物降解產(chǎn)生某些特定的蛋白類物質(zhì),致使水樣中溶解性代謝產(chǎn)物(區(qū)域Ⅳ)的濃度也較高,其積分標(biāo)準(zhǔn)體積為(412 758.6±102 120.7)au·nm2,占水體中有機(jī)物總量的16.96%~26.75%;此外,水體中富里酸類物質(zhì)也占有一定的比例,而腐殖酸類物質(zhì)的濃度極低,所占比例基本低于2%。

表3 5個(gè)區(qū)域的積分標(biāo)準(zhǔn)體積Table 3The standard integration volume of five regions

圖3 有機(jī)物分布情況Fig.3The distribution of organic matter
從圖3可以看出,各采樣點(diǎn)處有機(jī)物的分布情況及相對(duì)濃度。由于濕地生態(tài)結(jié)構(gòu)的特性使其水體的自凈能力較強(qiáng),有機(jī)物的濃度相對(duì)較為穩(wěn)定,在各區(qū)域所占比例變化不大。水體中芳香性類蛋白物質(zhì)的濃度較大,尤其是區(qū)域Ⅱ所代表的色氨酸類物質(zhì)。色氨酸的產(chǎn)生主要來(lái)源于多環(huán)芳烴或其相關(guān)物質(zhì)及其加工過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物,表明水體在一定程度上受到了周圍工廠生產(chǎn)廢水的污染。
2.4相關(guān)性分析
將五大類有機(jī)物的熒光區(qū)域積分標(biāo)準(zhǔn)體積、f450/500和rB,D分別與溫度、DO濃度、pH、CODCr、NH4+-N濃度、DOC濃度和TP濃度等進(jìn)行相關(guān)性分析(表4)。TP濃度和DOC濃度與五大類有機(jī)物有著不同程度的相關(guān)性。其中,DOC濃度與芳香蛋白類物質(zhì)Ⅰ、芳香蛋白類物質(zhì)Ⅱ和溶解性微生物代謝產(chǎn)物及腐殖質(zhì)類物質(zhì)均有較高的相關(guān)性;TP濃度則與芳香蛋白類物質(zhì)Ⅱ呈顯著正相關(guān),與富里酸類物質(zhì)和腐殖酸類物質(zhì)顯著相關(guān)。分析表明,用水體中DOM的熒光指數(shù)變化情況可以反映TP濃度和DOC濃度等,從而反映出相應(yīng)的水質(zhì)情況,可作為水質(zhì)監(jiān)測(cè)的一種簡(jiǎn)單快捷的方法。

表4 水質(zhì)與光譜參數(shù)的相關(guān)性系數(shù)Table 4The correlation coefficient of water quality and spectral parameters
(1)七星濕地對(duì)支流來(lái)水中的污染物有一定的凈化作用,氨氮及總磷仍然是水體中的主要污染物。
(2)七星濕地中溶解性有機(jī)物(DOM)由芳香蛋白類物質(zhì)Ⅰ、芳香蛋白類物質(zhì)Ⅱ、富里酸類物質(zhì)、溶解性微生物代謝產(chǎn)物以及腐殖酸類物質(zhì)等五大類組成。七星濕地水體中的DOM以芳香性蛋白類物質(zhì)為主,且主要來(lái)自于生物源,這與生活污水的排放有關(guān),七星濕地水體整體腐殖化程度較高。
(3)三維熒光光譜與熒光區(qū)域積分(FRI)聯(lián)用能很好地反映出七星濕地水體中有機(jī)污染物的種類、污染來(lái)源等變化,其靈敏度高、測(cè)定較為簡(jiǎn)便。
(4)DOC濃度與芳香蛋白類物質(zhì)Ⅰ、芳香蛋白類物質(zhì)Ⅱ和溶解性微生物代謝產(chǎn)物及腐殖質(zhì)類物質(zhì)有較高的相關(guān)性。TP濃度則與芳香蛋白類物質(zhì)Ⅱ呈顯著正相關(guān),與富里酸類物質(zhì)和腐殖酸類物質(zhì)顯著相關(guān)。可以利用三維熒光光譜技術(shù)結(jié)合熒光區(qū)域積分法有效地表征水體中DOC濃度和TP濃度的變化。
[1]LEENHEER J A,CROUé J P.Peer reviewed:characterizing aquatic dissolved organic matter[J].Environmental Science& Technology,2003,37(1):18-26.
[2]吳靜,崔碩,謝超波,等.好氧處理后城市污水熒光指紋的變化[J].光譜學(xué)與光譜分析,2011,31(12):3302-3306.
[3]ISHII S K L,BOYER T H.Behavior of reoccurring PARAFAC components in fluorescent dissolved organic matter in natural and engineered systems:a critical review[J].Environmental Science &Technology,2012,46(4):2006-2017.
[4]YAMAMOTO H,LILJESTRAND H M,SHIMIZU Y,et al.Effects of physical-chemical characteristics on the sorption of selected endocrine disruptors by dissolved organic matter surrogates[J]. EnvironmentalScience&Technology,2003,37(12):2646-2657.
[5]郅二銓,宋永會(huì),段亮,等.遼河保護(hù)區(qū)七星濕地水體溶解性有機(jī)物紫外吸收光譜研究[J].環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào),2014,4(1):35-39.
[6]AHN W Y,KANG M S,YIM S K,et al.Advanced landfill leachate treatment using an integrated membrane process[J]. Desalination,2002,149(1):109-114.
[7]COBLE P G.Characterization of marine and terrestrial DOM in seawater using excitation-emission matrix spectroscopy[J].Marine Chemistry,1996,51(4):325-346.
[8]YU H,SONG Y,LIU R,et al.Identifying changes in dissolved organic mattercontentandcharacteristicsbyfluorescence spectroscopy coupled with self-organizing map and classification and regression tree analysis during wastewater treatment[J]. Chemosphere,2014,113:79-86.
[9]ALBERTS J J,TAKáCS M.Total luminescence spectra of IHSS standard and reference fulvic acids,humic acids and natural organic matter:comparison of aquatic and terrestrial source terms[J].Organic Geochemistry,2004,35(3):243-256.
[10]YU H,SONG Y,TU X,et al.Assessing removal efficiency of dissolvedorganicmatterinwastewatertreatmentusing fluorescence excitation emission matrices with parallel factor analysis and second derivative synchronous fluorescence[J]. Bioresource Technology,2013,144:595-601.
[11]王志剛,劉文清,張玉鈞,等.不同來(lái)源水體有機(jī)綜合污染指標(biāo)的三維熒光光譜法與傳統(tǒng)方法測(cè)量的對(duì)比研究[J].光譜學(xué)與光譜分析,2008,27(12):2514-2517.
[12]CHENW,WESTERHOFFP,LEENHEERJA,etal. Fluorescence excitation-emission matrix regional integration to quantify spectra for dissolved organic matter[J].Environmental Science&Technology,2003,37(24):5701-5710.
[13]姚璐璐,涂響,于會(huì)彬,等.三維熒光區(qū)域積分評(píng)估城市污水中溶解性有機(jī)物去除[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2013,7(2):411-416.
[14]ROSARIO-ORTIZFL,SNYDERSA,SUFFETIH. Characterization of dissolved organic matter in drinking water sources impacted by multiple tributaries[J].Water Research,2007,41(18):4115-4128.
[15]李忠國(guó).穩(wěn)河勢(shì)、保水質(zhì)、促生態(tài):遼河保護(hù)區(qū)生態(tài)治理實(shí)踐[J].環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào),2013,3(6):465-471.
[16]徐微雪,段亮,宋永會(huì),等.遼河保護(hù)區(qū)七星濕地表層水與間隙水中氮的時(shí)空分布[J].環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào),2014,4(1):40-45.
[17]國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法[M].4版.北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,2002.
[18]高連敬,杜爾登,崔旭峰,等.三維熒光結(jié)合熒光區(qū)域積分法評(píng)估凈水廠有機(jī)物去除效果[J].給水排水,2012,38(10):51-56.
[19]YUGH,WUMJ,LUOYH,etal.Fluorescence excitationemission spectroscopy with regional integration analysis for assessment of compost maturity[J].Waste Management,2011,31(8):1729-1736.
[20]MCKNIGHT D M,BOYER E W,WESTERHOFF P K,et al. Spectrofluorometric characterization of dissolved organic matter for indication of precursor organic material and aromaticity[J]. Limnology and Oceanography,2001,46(1):38-48.
[21]YLLA I,ROMANI A M,SABATER S.Labile and recalcitrant organic matter utilization by river biofilm under increasing water temperature[J].Microbial Ecology,2012,64(3):593-604.
[22]PATEL-SORRENTINO N,MOUNIER S,BENAIM J.Excitationemission fluorescence matrix to study pH influence on organic matter fluorescence in the Amazon basin rivers[J].Water Research,2002,36(10):2571-2581.
[23]任保衛(wèi),趙衛(wèi)紅,王江濤,等.膠州灣圍隔實(shí)驗(yàn)中溶解有機(jī)物三維熒光特征[J].環(huán)境科學(xué),2007,28(4):712-718.
[24]HE X S,XI B D,WEI Z M,et al.Fluorescence excitationemission matrix spectroscopy with regional integration analysis for characterizing composition and transformation of dissolved organic matter in landfill leachates[J].Journal of Hazardous Materials,2011,190(1/2/3):293-299.○
Characterization of DOM Composition and Origin Using Three-dimensional Fluorescence Spectroscopy Coupled with Region Integration Method in Qixing Wetland
SUI Zhi-nan1,2,3,ZHI Er-quan2,3,YAO Jie2,3,YU Hui-bin2,3,SONG Yong-hui2,3,LI Hui1
1.Institute of Environmental and Safety Engineering,Shenyang University of Chemical Technology,Shenyang 110142,China 2.State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment,Chinese Research Academy of Environmental Sciences,Beijing 100012,China3.Department of Urban Water Environmental Research,Chinese Research Academy of Environmental Sciences,Beijing 100012,China
Based on the monitoring of water quality of Qixing wetland,the three-dimensional fluorescence spectroscopy combined with fluorescence regional integral(FRI)analysis were used to analyze the fluorescence characteristics of the dissolved organic matter(DOM)in the water body of Qixing wetland.The correlation of the DOM composition,humification degree and polluting sources and other water quality parameters were explored.The results showed that the Qixing wetland could purify pollutants from tributaries.The CODCrconcentration in the effluent of the wetland met grade V standard(GB 3838-2002),and ammonia nitrogen and total phosphorus werestill the main pollutants in the water.The mean value of fluorescence index(f450/500)was 1.82,indicating biological origin of the DOM.Humification index(rB,D)is overall low,indicating higher humification degree of wetland water and more serious organic pollution.The fluorescence spectra were divided into five components by fluorescence regional integration method.Aromatic protein II was the largest content which accounted for 37.51%-54.2%of total DOM and mainly related to sewage discharge.DOC significantly correlated with aromatic protein I,II,soluble microbial metabolites and humic substances.TP had significant correlation with aromatic protein substances II,fulvic acids and humic substances.Thus,three-dimensional fluorescence spectroscopy coupled with region integral method can be used in the research of water DOM composition and sources of contaminants.
Qixing wetland;DOM;three-dimensional fluorescence spectroscopy;fluorescence regional integration;pollutants sources
X502
1674-991X(2015)02-0114-07doi:10.3969/j.issn.1674-991X.2015.02.017
2014-11-04
國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)(2012ZX07202-004-03,2012ZX07202-005)
隋志男(1988—),女,碩士研究生,956534741@qq.com
*責(zé)任作者:宋永會(huì)(1967—),男,研究員,博士,長(zhǎng)期從事水污染控制技術(shù)研究,songyh@craes.org.cn