A/O/A-SBR处理生活污水中DOM荧光强度与COD浓度相关性分析

摘要

溶解性有机质（ Dissolved Organic Matter，DOM）广泛存在于各类自然水体中，其组成、结构十分复杂，且参与生态系统中的生物地球化学过程，极大影响水生生态系统的结构与功能，因而成为生物地球化学、环境科学研究的热点与难点。传统水质分析方法，耗时、耗材、易产生二次污染且只可检测水质综合指标。而三维荧光光谱可有效区分有机物的组成成分，且操作简便、不对样品造成二次污染，在水体有机污染指标的研究中正被广泛的应用。三维荧光技术的研究，对污水处理过程有机物的检测具有重要意义。　　该实验采用厌氧-好氧-缺氧序批式反应器（A/O/A-SBR）处理生活污水并研究稳定周期内水样的三维荧光特性及工艺运行过程中DOM各组分的变化，并建立荧光强度与COD浓度之间的线性关系，在此基础上研究了不同环境因子对三维荧光特征及其相关性的影响，为污水水质的快速测定提供了理论基础。主要研究结果如下：　　（1）系统稳定运行时，对水样进行扫描得到的三维荧光光谱图上出现3个明显的荧光峰，分别为低激发波长色氨酸、高激发波长色氨酸和类腐殖酸。在厌氧及好氧阶段，低激发波长色氨酸和高激发波长色氨酸荧光强度大幅度的下降，荧光强度分别由954.2、875.2降至279.5、276.4；而缺氧阶段，色氨酸荧光强度有微弱上升趋势，分别由279.5、276.4上升到295.2、289.3。整个周期内，类腐殖酸的荧光强度变化幅度不大，变化范围为609.2~561.6。最终出水水质可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。　　（2）整个工艺运行中，COD浓度与低激发波长色氨酸、高激发波长色氨酸和色氨酸荧光强度总和具有良好的线性关系，相关系数R2分别为0.9823、0.9774、0.9809，即可以通过三维荧光技术测定色氨酸荧光强度的变化来反映A/O/A-SBR工艺处理生活污水中COD浓度的变化，并实现COD快速无污染的测定。　　（3）低激发波长色氨酸和高激发波长色氨酸荧光强度随中，6≤pH≤8时，相对比较稳定，pH＞8时，荧光强度随着pH的升高而减小；类腐殖酸荧光强度在pH≤9时随pH的升高而增大，当pH达到9时，荧光强度达到最大值，pH>9时，荧光强度开始降低。K+、Mg2+对低激发波长色氨酸和高激发波长色氨酸及类腐殖酸的荧光强度基本没有影响。Fe2+、Fe3+、Cr3+对低激发波长色氨酸和高激发波长色氨酸及类腐殖酸的荧光强度有非常明显的淬灭作用，且对色氨酸的淬灭作用大于类腐殖酸。当Fe2+浓度为400μmol/L时，低激发波长色氨酸、高激发波长色氨酸、类腐殖酸荧光强度分别降低85.36％、89.93%、64.49%；当Fe3+浓度为400μmol/L时，荧光强度分别降低82.60%、81.78%、49.83%；当Cr3+浓度为400μmol/L时，荧光强度分别降低51.00%、48.77%、20.55%。Cr3+对荧光的淬灭作用相对Fe2+、Fe3+而言较弱。　　（4）当pH＜6时，随着pH值增加COD浓度而减小，当6≤pH≤8时，COD浓度变化不大，当pH＞8时，随着pH值增加COD浓度而增大；K+、Mg2+、Fe3+、Cr3+存在时对COD测量值基本没有影响；随着Fe2+浓度的增加，COD浓度增量速率加快。　　（5）在6≤pH≤8时，低激发波长色氨酸、高激发波长色氨酸及色氨酸荧光强度之和与 COD浓度相关性最好，相关系数 R2分别在0.9262~0.9834、0.9693~0.9827、0.9521~0.9888范围内波动；当pH＜6时，相关性随pH值增大呈明显上升趋势，相关系数R2分别由0.8188上升到0.9236、0.8083上升到0.8813、0.8199上升到0.9272；当pH＞8时，相关性随pH值增大呈明显下降趋势，相关系数R2分别由0.8457下降到0.6433、0.9006下降到0.7755、0.8895下降到0.7490。K+、Mg2+对相关性基本无影响。当K+浓度由25μmol/L上升到400μmol/L时，相关系数R2分别在0.9917~0.9713、0.9059~0.8935、0.9677~0.9499范围内波动；Mg2+浓度由25μmol/L上升到400μmol/L时， R2在0.9742~0.9740、0.9779~0.9663、0.9821~0.9739范围内波动。随着Fe2+、Fe3+浓度升高，相关性降低。当Fe2+浓度由25μmol/L上升到400μmol/L时，相关系数R2分别由0.9715下降到0.8972、0.9459下降到0.8843、0.9953下降到0.9064；当Fe3+浓度由25μmol/L上升到400μmol/L时，相关系数R2分别由0.9261下降到0.7804、0.9629下降到0.8195、0.9433下降到0.8329。Cr3+由于对荧光强度的淬灭作用弱于Fe2+、Fe3+，仍保持一定的相关性，相关系数R2分别在0.9640~0.9342、0.9446~0.9243、0.9510~0.9420范围内波动。

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