基于三维荧光光谱分析的生活污水处理效果评价

吴礼滨;林思武;叶雯青;彭娜

【摘 要】建立了三维荧光光谱分析方法研究生物污水有机污染的处理效果,以原子吸收光谱法测定重金属评价其重金属去除效果,实验结果表明:在生活污水处理单元中,沉砂池出水类蛋白平均增加了41.2％,生化处理出水类蛋白平均降低了76.9％,总出水类蛋白平均降低了76.0％,进水的铜、 锌、 镉、 铅和镍均未检出,锰在生化处理后已经被完全去除.生活污水所有无机检测的排放指标均达标. 【期刊名称】《广州化工》 【年(卷),期】2018(046)013 【总页数】3页(P88-90)

【关键词】三维荧光光谱;生活污水;有机污染;重金属;处理效果 【作 者】吴礼滨;林思武;叶雯青;彭娜

【作者单位】嘉应学院化学与环境学院,广东 梅州 514015;嘉应学院化学与环境学院,广东 梅州 514015;嘉应学院化学与环境学院,广东 梅州 514015;嘉应学院化学与环境学院,广东 梅州 514015 【正文语种】中 文 【中图分类】X524

三维荧光光谱图是描述荧光强度同时随激发波长和发射波长变化的关系图谱，它能直接揭示蛋白质的构像变化以及色氨酸残基的微环境变化情况，借助等高线谱可清

晰地看到发射波长迁移与色氨酸残基微环境变化之间的关系。由于三维荧光光谱技术的日益成熟，其已广泛应用于河流、湖泊和污水中溶解性有机污染物的研究。本文利用三维荧光光谱法对污水中溶解性有机污染物的处理效果进行分析评价。 本文对梅州市某生活污水处理厂的水样进行的检测分析，这不仅在一定程度上反映了企业对污水处理效果，而且为企业提高污水处理工艺提供了依据，也对水生生物和人类的可持续发展有着重要的影响。 1 实 验 1.1 仪器和试剂

实验仪器：LS55荧光光谱分析仪，美国PerkinElmer公司；AA-6300C原子吸收光谱仪，日本岛津公司；722S可见分光光度计，上海精密仪器有限公司；K9840型自动凯氏定氮仪，海能仪器；PHS-3C型pH计，上海精科。

实验试剂：铜、锌、镉、铅、锰、镍标准溶液1000 μg/L(以上标准溶液均来自国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院)，，硼酸，硫酸亚铁铵，硫酸银，试亚铁灵，过硫酸钾，抗坏血酸，硫酸，氢氧化钠，超纯水。 1.2 实验方法

实验中生活污水是采自于梅州某生活污水处理厂的总进水、沉砂池出水，生化处理出水，总出水。每个水样取500 mL，取回实验室后，每个水样立即用0.45 μm的滤膜过滤250 mL，便于荧光测试分析，并将所有水样置于冰箱中冰存。有机污染主要使用三维荧光光谱法测定评价。无机污染主要检测氨氮、总磷和重金属，分别使用蒸馏和滴定法(GB/T 7478-1987)、钼酸铵分光光度法(GB/T 114-19)和原子吸收分光光度法。 2 结果与讨论

2.1 生活污水处理前后荧光物质的去除效果 2.1.1 生活污水处理前后的三维荧光光谱分析

溶解性有机污染物是指存在于天然水体中可以通过0.45 μm滤膜的有机物混合体，是水体中主要的有机物形式，其存在影响水质有机污染指标：TOC(总有机碳)、COD(化学需氧量)、BOD(生化需氧量)等。而水体中的荧光溶解性有机物通常是类蛋白和类腐殖质。大部分研究表明，类蛋白荧光主要是类色氨酸荧光和类酪氨酸荧光，类腐殖质荧光主要为类腐殖酸荧光和类富里酸荧光。

使用LS55荧光光谱分析仪测定生活污水水样后的三维荧光光谱如图1所示。

图1 生活污水的三维荧光光谱图Fig.1 Three-dimensional fluorescence spectrum of domestic sewage

由图1a可知，生活污水处理厂的总进水荧光光谱图的荧光中心区为Ex/Em=225 nm/360 nm(A)和Ex/Em=275 nm/360 nm(B)，根据荧光中心的位置和已有的文献[1-3]比较，该荧光物质主要为类蛋白物质—类酪氨酸物质和类色氨酸物质，主要来源于各类洗涤剂、食物和人畜的排泄物。

由图1b和图1c可知，生活污水处理厂的沉砂池出水和生化处理出水荧光光谱图的荧光中心区均为Ex/Em=225 nm/357 nm(A和B)和Ex/Em=275 nm/357 nm(A和B)，根据荧光中心的位置和已有的文献[1-3]比较，该荧光物质主要为类蛋白物质——类酪氨酸物质和类色氨酸物质。

由图1d可知，生活污水处理厂的总出水荧光光谱图的荧光中心区为Ex/Em=225 nm/355 nm(A和B)，根据荧光中心的位置和已有的文献[1-3]比较，该荧光物质主要为类蛋白物质—类酪氨酸物质。

进水的I225/360和I275/360分别为468和135，沉砂池出水的I225/360和I275/360分别为674和187，类酪氨酸物质和类色氨酸物质分别增加了44.0%、

38.3%，平均增加了41.2%，在此处理步骤中，沉砂池只是去除污水中密度较大的无机颗粒，对类酪氨酸物质和类色氨酸物质并无影响，在此过程中，污水的原有的微生物生长繁殖，产生了分解代谢产物，导致类酪氨酸物质和类色氨酸物质增加； 生化处理后出水的I225/360和I275/360分别为71和42，类酪氨酸物质和类色氨酸物质分别降低了84.8%、69.0%，平均降低了76.9%，经生化处理后，荧光强度显著降低，说明在生活处理过程中，微生物的生物降解作用对类酪氨酸物质有显著的去除作用，对类色氨酸物质也有一定的去除效果；

总出水的I225/360和I275/360分别为50和50，类酪氨酸物质和类色氨酸物质分别降低了.4%、62.7%，平均降低了76.0%，整个处理工艺对类酪氨酸物质和类色氨酸物质有不错的去除效果，但类色氨酸物质较生化处理的出水却增加了，可能在污水传输的过程中受到了污染。 2.1.2 三维荧光区域积分(FRI)

FRI方法由Chen等[4]提出，将激发、发射波长所形成的二维荧光区域分成5个部分，能更加详细地区别不同点位DOM(溶解性有机物)组分的组成比例，对DOM三维荧光光谱图进行荧光区域积分。由于区域Ⅰ和区域Ⅱ均为芳香蛋白质类物质，所以本文的讨论，将区域Ⅰ和区域Ⅱ合并，及共分为4个部分，如表1[3,5-6]所示。

表1 4个荧光积分区域Table 1 Four fluorescence integral regions区域所代表的有机物类型激发波长Ex/nm发射波长Em/nm区域Ⅰ芳香蛋白质类物质200～250300～380区域Ⅱ富里酸类物质200～250380～550区域Ⅲ溶解性微生物代谢产物250～400300～380区域Ⅳ腐殖酸类物质250～400380～550

根据生活污水进水及各处理单元出水的三维荧光光谱图以及表1荧光区域的划分，对数据进行积分后可得图2。

图2 生活污水各处理单元荧光区域积分百分比Fig.2 Percentage of fluorescence

region integral of unit of domestic sewage

由图2可知，沉砂池的处理对荧光区域积分标准体积比例影响不大，生化处理对溶解性有机物产生去除效果，在总出水的时候荧光区域积分标准体积比例变化不大，表明在生化阶段溶解性有机物去除已完成。 2.2 生活污水中重金属、氨氮和总磷的去除效果

生活污水处理前后的重金属、氨氮和总磷的含量如表2所示。

表2 生活污水处理前后重金属、氨氮和总磷的含量Table 2 Content of heavy metals, ammonia nitrogen and total phosphorus before and after treatment of domestic sewage (mg/L)污水氨氮总磷铜锌镉锰铅镍SH10000.133200SH20000.040300SH3000000SH4000000

由表2可知，生活污水(总进水、沉砂池出水、生化池出水、总出水)中铜、锌、镉、铅和镍均未检出，锰在生化处理后已经被完全去除，去除率达100%。根据城镇污水处理厂污染物排放标准(GB118-2002)，锰、铜、锌、镉、铅和镍的排放均达标。 3 结 论

本文对梅州市生活污水的进出水的有机污染物和无机污染物进行检测分析后，得到以下结论：

(1)对生活污水中的有机污染进行检测分析后，生活污水的主要荧光峰为类蛋白物质—类酪氨酸物质和类色氨酸物质。在生活污水处理单元中，沉砂池出水类蛋白平均增加了41.15%，生化处理出水类蛋白平均降低了76.86%，总出水类蛋白平均降低了76.04%，整个处理工艺对类蛋白的去除效果较好。

(2)对生活污水的无机污染进行检测分析后，生活污水所有检测的排放指标均达标。 参考文献

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