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工業(yè)廢水為主的城市污水的熒光指紋特征

文檔作者：戴春燕吳靜向熙謝超波1，尹丹丹1 曹知平1 呂清2 文檔來(lái)源： 1．清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院環(huán)境模擬與污染控制國(guó)家重點(diǎn)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室 Z．蘇州環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年05月10日
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釋；謄髫黌 2 O 1 3年2月 毒。愚。蓋v盂裴。。謄盎，y鬈 Spectroscopy and Spectral Analysls v01甕盅劣嚼∥17 上．曲ruary’zu工J一一=====；===================；=====================工業(yè)廢水為主的城市污水的熒光指紋特征戴春燕·，吳 靜¨，向 熙1，謝超波1，尹丹丹1，曹知平1，呂 清21．清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院環(huán)境模擬與污染控制國(guó)家重點(diǎn)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，北京lO0084Z．蘇州環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，江蘇蘇州215000摘要熒光分光光度法測(cè)量簡(jiǎn)便，靈敏度高，已越來(lái)越多地用于化學(xué)分析。將工業(yè)廢水為主的城市污水作為研究對(duì)象，分析其熒光指紋特征。該城市污水的三維熒光光譜上有分別位于激發(fā)波長(zhǎng)／發(fā)射波長(zhǎng)為275／3lo，230／340和220／310啪附近的3個(gè)熒光峰，未顯示出以生活污水為主的城市污水所具有的典型的類蛋白質(zhì)熒光的特點(diǎn)。該污水熒光強(qiáng)度較高，且工作日和休息日差異大，這可能主要與工業(yè)污水含量較大有關(guān)。熒光指紋在反映廢水組成方面直觀、迅速，可以作為水質(zhì)監(jiān)測(cè)與預(yù)警的新方法。關(guān)鍵詞熒光指紋；工業(yè)廢水；城市污水；生活污水；監(jiān)測(cè)與預(yù)警中圖分類號(hào)：0644．1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10．3964／j．issn．1000—0593(2013 J02一0414一04引 言熒光分光光度法的主要原理是利用化合物在特定波長(zhǎng)的激發(fā)光照射下分子會(huì)發(fā)出特征波長(zhǎng)的光線(發(fā)射光)[1{]，故有機(jī)物的激發(fā)光和發(fā)射光波長(zhǎng)均是特定的[4]。此外，在較低的濃度范圍內(nèi)有機(jī)物的熒光強(qiáng)度與其濃度是線性相關(guān)的[5]，由此我們可以通過(guò)物質(zhì)發(fā)出的熒光波長(zhǎng)和強(qiáng)度來(lái)判斷有機(jī)物質(zhì)的種類和濃度[5]。相比傳統(tǒng)表征水質(zhì)有機(jī)污染的指標(biāo)如生化需氧量和化學(xué)需氧量，熒光法具有測(cè)量簡(jiǎn)便迅速、靈敏度高、重現(xiàn)性好的特點(diǎn)，因此已越來(lái)越多的被運(yùn)用于化學(xué)分析㈨’5’…。三維熒光光譜(eXcitation-emission matrix，EEM)是熒光分析方法之一，是以發(fā)射光波長(zhǎng)和激發(fā)光波長(zhǎng)為橫縱坐標(biāo)，并將熒光強(qiáng)度以等高線的形式投影在該平面上獲得的譜圖[21。具有熒光的物質(zhì)很多，例如常存在于污水中的油脂、腐殖酸、蛋白質(zhì)、表面活性劑、維生素、酚類等芳香族化合物、農(nóng)藥殘留物等[z13^8。。而污水含有多種熒光物質(zhì)，所以它的熒光光譜會(huì)隨污染物種類和含量不同而變化，且具有與水樣一一對(duì)應(yīng)的特點(diǎn)，因此稱其為水質(zhì)“熒光指紋”[2’3’7]。課題組前期研究了我國(guó)北方以生活污水為主的城市污水，它的熒光指紋是典型的類蛋白質(zhì)熒光[2]。針對(duì)我國(guó)工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)的城市污水進(jìn)行了研究。通過(guò)與生活污水為主的城市污水熒光指紋的對(duì)比，可以掌握工業(yè)廢水對(duì)城市污水水質(zhì)的影響。熒光指紋可以用于水體和污水的快速監(jiān)測(cè)與預(yù)警。1實(shí)驗(yàn)部分1．1采樣及預(yù)處理城市污水于2011年11月28日至12月1日取自江蘇省蘇州市某城市污水處理廠進(jìn)水。該污水處理廠污水處理能力為12萬(wàn)噸／日，其中70％以上進(jìn)水來(lái)自工業(yè)廢水(主要有電子、化工和金屬制造等行業(yè)的工業(yè)廢水)，故水質(zhì)成分復(fù)雜。取樣間隔為2 h。工業(yè)廢水取自該城市污水廠服務(wù)范圍內(nèi)的主要工業(yè)企業(yè)的總排口，包含金屬加工廢水、電子廢水和化工廢水。水樣保存在4℃冰箱里。測(cè)量前先用定性濾紙過(guò)濾，然后稀釋10倍待測(cè)。1．2熒光測(cè)量方法待測(cè)水樣EEM的測(cè)量采用熒光分光光度計(jì)(日立公司，型號(hào)FL7000，日本)。實(shí)驗(yàn)條件為：激發(fā)波長(zhǎng)(A。。)200～650啪，發(fā)射波長(zhǎng)(A。)230～600 nm，狹縫寬度5啪，光電倍增管電壓700 V，掃描速度12 ooo nm·r11in～，最后用Origin軟件合成譜圖。收稿日期：20】2一04—12。修訂日期：2012一06—20基金項(xiàng)目：國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目(2008zx07313一007)，清華大學(xué)自主科研項(xiàng)目(20101081863)和環(huán)境模擬與污染控制國(guó)家重點(diǎn)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(12YD2Es積：T)資助作者簡(jiǎn)介：戴春燕，1989年生，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院本科生 e_mail：daicy08@mails．tsinghua．edu．cn*通訊聯(lián)系人 e．nmil：帆Ljing@mail．tsinghua．edu．cn萬(wàn)方數(shù)據(jù)第2期 光譜學(xué)與光譜分析 4152結(jié)果與討論本文給出了該城市污水中所得較為典型的熒光光譜(圖1)。由圖1可知，各光譜圖中熒光峰的位置和投影形狀接近，均集中在kA。=220～280姍／300～350姍區(qū)域，主要包400360要32?！?8。24。200300 400 500 600A。／啪(a)12月1日3：00300 400 500 600^。／哪(c)11月30日9：05含了3個(gè)清晰的熒光峰：熒光峰A在kA。=275／310啪附近；熒光峰B和C分別位于kA。=230／340砌和k／A。=220／310 m附近。3個(gè)熒光峰的熒光強(qiáng)度由強(qiáng)到弱的順序?yàn)?30／340啪>275／310 m>220／310 11rIl，強(qiáng)度隨時(shí)間呈現(xiàn)較劇烈波動(dòng)(表1和圖2)。400360一320一280240200300 400 500 600k一砌(b)12月1日1：00300 400 500 600k√nm(d)12月1日5：OO圖2為2010_11—28(周日)至20lo_12—1(周三)城市污水熒光峰值的變化。熒光強(qiáng)度波動(dòng)較大，與平均值相比，熒光強(qiáng)度的波動(dòng)范圍可達(dá)到150％(表1)。從圖2可知，該污水水質(zhì)變化有一定規(guī)律：周日的熒光強(qiáng)度較低，而工作日每天上午9點(diǎn)左右水樣的熒光峰值開(kāi)始增強(qiáng)，在第二天的早上3—5點(diǎn)左右達(dá)到最大值，然后開(kāi)始回落，在9點(diǎn)左右最低。由于該污水70％以上來(lái)自工業(yè)廢水，這樣的規(guī)律可能和工業(yè)生產(chǎn)有關(guān)。圖3為熒光峰A和C分別與峰B的強(qiáng)度的比值隨峰Bl到曩貔貔 ：刮茹參純笤嫗≯≯≯章◇≯旁亭辜≯擎粵零毋筍 11．28 11．29 11．30 12 1采樣時(shí)間腳2 n呻陀舢inte吲t婦oftlle peakA，B andC 0fthe m岫idpal w{Ist朗rat盯(鋤uted by lO fbId)強(qiáng)度的變化?！埃痓和Ic／k分別在o．7和o．5附近波動(dòng)，說(shuō)明進(jìn)水中3個(gè)峰對(duì)應(yīng)的有機(jī)物質(zhì)的相對(duì)含量是穩(wěn)定的。1'曲艙1 n啪心so∞∞int蜘函觚0f t№m咖ddpm刪咖俯(ml刪by 10洲)Int如sityn昏3 n咖雌∞嘶cein蛔嚙ity ratio ofpeakA，Ct0BOOOOO∞拍輪勰孔Ec，^+‘mm知鯽梆咖咖日。日日時(shí)耵n。-．．∥搬硼根”。跚。．．哪。㈣一一一㈣m一—■■。鼙，#赫■■I-■伽姍瑚瑚瑚瑚IIIc、?萬(wàn)方數(shù)據(jù)416 光譜學(xué)與光譜分析 第33卷由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，該城市污水有3個(gè)熒光峰，熒光峰強(qiáng)度較高，水樣稀釋10倍后，部分熒光峰的強(qiáng)度還接近7 000，而且波動(dòng)大，與以生活污水為主的城市污水有明顯區(qū)別。以生活污水為主的城市污水的熒光指紋(圖4)中有2個(gè)峰，分別位于230／340和280／340啪附近，屬于典型的類蛋白質(zhì)熒光。從熒光峰的分布看來(lái)，雖然試驗(yàn)城市污水的A峰(275／3lo m)和B峰(230／340 m)的位置與類蛋白質(zhì)熒光峰很接近，但類蛋白質(zhì)熒光的兩個(gè)峰具有發(fā)射波長(zhǎng)相同的特點(diǎn)[2]，所以試驗(yàn)的城市污水的類蛋白質(zhì)熒光不夠典型。試驗(yàn)的城市污水中約30％仍然是生活污水，因此它的EEM中也有類蛋白質(zhì)熒光，只是A峰和C峰比較強(qiáng)，使得這個(gè)信息不顯著。另外一般以生活污水為主的城市污水的熒光強(qiáng)度也比較低，不稀釋測(cè)量的熒光強(qiáng)度一般為3 000～6 ooo[2|。450400董350』300250250 350 450 550 650九。／nmFig．4 聊ical EEM of m眥icipal w嬲tewater with d0刪c鯽阿姆舔嘲i卵咖刪棚咖p試驗(yàn)城市污水與以生活污水為主的城市污水有較大的區(qū)別，表明該城市污水所含污染物與以生活污水為主的城市污水在種類和含量上差別都較大，這是因?yàn)樵撐鬯写蟛糠诌M(jìn)500450400g墨350300250300 400 500 600X_cⅡ／m水都來(lái)自不同種類的工業(yè)廢水，而工業(yè)廢水水質(zhì)波動(dòng)較大，水質(zhì)成分較復(fù)雜。為此，對(duì)該城市污水中占水量比重較大的工業(yè)廢水進(jìn)行了測(cè)試，所得熒光光譜圖如圖4一圖6所示。各圖顯示，工業(yè)廢水的熒光指紋有明顯差異，例如金屬加工廢水熒光峰眾多(圖5)，電子廢水的熒光峰則多變化(圖6)，化工廢水熒光強(qiáng)度很高(圖7)。三種工業(yè)廢水的熒光指紋都有與城市污水水樣的熒光區(qū)域重合的地方，并且重合區(qū)的熒光強(qiáng)度也較大，例如金屬加工廢水在A，B，C峰附近存在熒光峰；電子廢水1和2在A峰附近存在熒光峰；電子廢水3在A和B峰附近存在熒光峰；化工廢水在A和C峰附近存在熒光峰。這些說(shuō)明工業(yè)廢水對(duì)污水廠的進(jìn)水水質(zhì)貢獻(xiàn)較大。從熒光強(qiáng)度看來(lái)，化工廢水對(duì)熒光強(qiáng)度的貢獻(xiàn)可能大于金屬加工和電子廢水(表2)。在城市污水中未出現(xiàn)金屬加工和電子廢水的熒光指紋中的一些較小的熒光峰，可能是因?yàn)檫@些小熒光峰在各種廢水混入后，被稀釋掉了。400360g 320矗280240300 400 500k盯／nm№5 EEM ofn埒taI pr∞咖F酶6麟觚；of eIec|的nics啪ste啪ter(刪Ⅱted by 2似d)Ta№2 n唧愀呻刪鶴oftlleⅡ-ain砌ust咖帥s腳船intlIemlmidpalw∞脅㈣枷㈣67i囂擻蓮鞋融噩■ 8kr㈣w鲴 嗍枷u眥3∞萬(wàn)方數(shù)據(jù)第2期 光譜學(xué)與光譜分析 417360g 320一280240400 500 600九。／吼Fi昏7 EEM of clII冊(cè)lical indIlstrial w舾tewater(r皓in)(dnuted by 5∞f0Id)3結(jié)論采用三維熒光分析法研究了以工業(yè)廢水為主的城市污水的熒光指紋特征。該污水的三維熒光光譜上有3個(gè)熒光峰，分別位于kA。=275／310 m，230／340啪和220／310啪附近，與以生活污水為主的城市污水的指紋有明顯區(qū)別，未顯示出典型的類蛋白質(zhì)熒光。除熒光峰不同外，該污水還呈現(xiàn)出水質(zhì)變化大、熒光強(qiáng)度較高的特點(diǎn)，工作日和休息日的熒光強(qiáng)度差異大。這些可能與工業(yè)污水比重較大有關(guān)。熒光指紋在反映廢水組成方面直觀、迅速，可以用于水質(zhì)監(jiān)測(cè)與預(yù)警。[1] cHEN Guo_zhen，HuANGⅪan-zlli，zHENG zh巾zi，et al(陳國(guó)珍，黃賢智，鄭株梓，等)．Allalysis Method of FIuo托scence(熒光分析法)．Bening：sd∞ce Pre豁(北京：科學(xué)出版社)，1990．56．[2][3][4][5][6][7][8]CHENM8儼fu，wU Jing，uJ YaI卜li，et al(陳茂福，吳靜，律嚴(yán)勵(lì)，等)．Actaopti∞Silli∞(光學(xué)學(xué)報(bào))，2008，28(3)：578．wU J吣，cHEN C日n鰣岫，cHEN Ma0-fu，et al(吳靜，陳慶俊，陳茂福，等)．觚a 0嘶髓siIli∞(光學(xué)學(xué)報(bào))，2008，28(10)：2023．XU JiI卜gou，wANG zuI卜ben(許金鉤，王尊本)．加_Ialysis Method of Fluoresc∞∞(熒光分析法)．Be4iIlg：sdence Pre齬(北京：科學(xué)出版社)，2006．C0ble P G，Gre帆S A，Blough N V，et aL Nature，1990，348：432．Lu L^l，su RoI學(xué)guo，HU Xl卜peIlg，et al(盧璐，蘇榮國(guó)，胡序朋，等)．cIli兒J．L丑se礙(中國(guó)激光)，2007。34(8)：1115．Wu J，Pons M N，Potier Q Wat盯Sdence&amp;amp;T∞h∞logy，2006，53(4／5)：449．wANGZhon劉。嶇，wU J醅liIlg，UDbI暫IIli嫗，et al(王忠東，武金玲，李東明，等)．Chjn 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wastewater．The advantages of the nuorescence fingerprint such as∞sy aIld fast measuren屺rlt aIld rich iIlfo姍tionabout t}le∞mponents of、Ⅳastewater nmke it a novel tool in、^，ater quality moIlitorir塔鋤d earIrwanling．Keywor凼 FluoreScence fingerprint；hldustrial waste、Ⅳater；M商cipal wastewater；P0rn％tic sewage；MoIlitorillg and翩dr、張mir塔*Corresponding author (Iteceived Apr．12，2012；acc印ted Jun 20，2012)

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