發(fā)布時(shí)間：2020-09-21 07:52

　　 本論文在對(duì)典型水體中溶解性有機(jī)物的紫外熒光光譜分析表征的基礎(chǔ)上,簡(jiǎn)化了紫外、熒光光譜指標(biāo),開(kāi)發(fā)出便攜或在線式紫外熒光水質(zhì)傳感器,并研究了紫外熒光光譜指標(biāo)在評(píng)價(jià)強(qiáng)化混凝、離子交換、臭氧氧化及消毒等工藝中溶解性有機(jī)物的去除轉(zhuǎn)化、微污染物的降解轉(zhuǎn)化和消毒副產(chǎn)物的生成等方面的應(yīng)用。本論文的研究?jī)?nèi)容有助于推動(dòng)飲用水和污水深度處理過(guò)程中的實(shí)時(shí)水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警和實(shí)時(shí)自動(dòng)優(yōu)化控制等方面技術(shù)的發(fā)展。主要研究?jī)?nèi)容包括：●理論研究階段：溶解性有機(jī)物的光譜表征建立了基于液相色譜分離的多波長(zhǎng)紫外掃描與多激發(fā)或多發(fā)射熒光掃描聯(lián)用方法,將溶解性有機(jī)物的紫外、熒光光譜特征與其物化性質(zhì)(親疏水性和分子量分布)相聯(lián)系,并用于對(duì)溶解性有機(jī)物的三維熒光光譜進(jìn)行解釋。綜合運(yùn)用光譜法與色譜法對(duì)地表飲用水源水、城市生活污水生化處理出水和印染行業(yè)廢水生化處理出水中的溶解性有機(jī)物進(jìn)行分析表征,研究發(fā)現(xiàn)了同一熒光團(tuán)可以在同一發(fā)射波長(zhǎng)下具有多重激發(fā)熒光峰,指出了區(qū)域積分法對(duì)三維熒光圖譜中熒光峰的定義忽視了熒光團(tuán)的多重激發(fā)峰現(xiàn)象；研究發(fā)現(xiàn)了腐殖質(zhì)類熒光團(tuán)與蛋白類熒光團(tuán)存在結(jié)合現(xiàn)象,并指出了平行因子法未能夠準(zhǔn)確反映熒光團(tuán)的真實(shí)物理存在；研究發(fā)現(xiàn)了紫外吸光度指標(biāo)UVA25、UVA280和三維熒光圖譜反映水體中相同的溶解性有機(jī)物組分。此外,研究還發(fā)現(xiàn)了印染行業(yè)廢水所特有的熒光指紋圖譜,并初步推測(cè)了其熒光團(tuán)結(jié)構(gòu)為萘酚或萘胺類結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上,簡(jiǎn)化了熒光光譜相關(guān)指標(biāo),為在線水質(zhì)傳感器的開(kāi)發(fā)提供了理論依據(jù)�！駥�(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)階段：在線紫外熒光水質(zhì)傳感器的研發(fā)開(kāi)發(fā)了以深紫外發(fā)光二極管LED為光源的紫外熒光在線水質(zhì)傳感器,并制作出實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)與桌面數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng),可同時(shí)監(jiān)測(cè)紫外吸光度UVA280、蛋白類熒光和腐殖質(zhì)類熒光三種信號(hào)。經(jīng)色氨酸和國(guó)際腐殖質(zhì)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)樣品校準(zhǔn),該LED紫外熒光水質(zhì)傳感器的靈敏性和準(zhǔn)確性可滿足大多數(shù)地表水體的監(jiān)測(cè)需求�！駪�(yīng)用推廣階段：傳感器在深度水處理工藝中的應(yīng)用運(yùn)用紫外、熒光光譜指標(biāo)及LED水質(zhì)傳感器評(píng)價(jià)強(qiáng)化混凝和離子交換工藝對(duì)江蘇省16縣市飲用水源水中溶解性有機(jī)物的去除效果,研究表明離子交換比強(qiáng)化混凝表現(xiàn)出更高的去除率,原因在于強(qiáng)化混凝主要去除大分子蛋白類生物聚體,而離子交換則可進(jìn)一步去除中等分子量的腐殖質(zhì)類物質(zhì)；運(yùn)用LED水質(zhì)傳感器紫外熒光指標(biāo)評(píng)價(jià)消毒副產(chǎn)物生成勢(shì),研究發(fā)現(xiàn)UVA280可以替代UVA254用于消毒副產(chǎn)物生成勢(shì)的預(yù)測(cè),腐殖質(zhì)類熒光信號(hào)與三鹵甲烷類或鹵乙酸類兩大類消毒副產(chǎn)物具有良好的線性相關(guān)關(guān)系,而蛋白質(zhì)類熒光與鹵乙酸類消毒副產(chǎn)物的相關(guān)性則較弱。運(yùn)用紫外、熒光光譜指標(biāo)及LED水質(zhì)傳感器評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)臭氧工藝中不同類別微污染物的氧化降解以及溶解性有機(jī)物的分子量變化。熒光團(tuán)是發(fā)色團(tuán)中易被氧化的電子富余結(jié)構(gòu)。臭氧工藝中微污染物的降解主要取決于其與03和·OH的反應(yīng)活性。當(dāng)腐殖質(zhì)類熒光信號(hào)下降約50%時(shí),第Ⅰ和Ⅱ大類的微污染物可以接近100%去除,第Ⅲ和Ⅳ大類的微污染物接近等比例去除(25-75%),而第V類微污染物(如阻燃劑類)降解效果較差(25%)；即當(dāng)腐殖質(zhì)類熒光信號(hào)降低-90%時(shí),除第V類外,大多數(shù)微污染物均可得到有效去除。所開(kāi)發(fā)的LED紫外熒光水質(zhì)傳感器具有較好的靈敏度和穩(wěn)定性,可以應(yīng)用于在線監(jiān)測(cè)臭氧工藝中溶解性有機(jī)物的發(fā)色團(tuán)和熒光團(tuán)的氧化降解。運(yùn)用紫外、熒光光譜指標(biāo)及LED水質(zhì)傳感器預(yù)測(cè)臭氧氧化工藝中可生物降解有機(jī)碳與溴酸鹽的生成水平。研究發(fā)現(xiàn)可生物降解有機(jī)碳的生成隨光譜信號(hào)的降低在初始階段呈現(xiàn)遲滯,隨后明顯增長(zhǎng)；其拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的紫外吸光度UVA254和UVA280降低約35-45%,腐殖質(zhì)類熒光信號(hào)降低約75-85%。體積排阻色譜及其二維相關(guān)分析同相圖表明生活污水中的大分子生物聚體類物質(zhì)(20 kDa)和地表水中的中等分子量腐殖質(zhì)類物質(zhì)(5.5-20 kDa)降解轉(zhuǎn)化為小分子有機(jī)物,這些小分子有機(jī)物的生成是可生物降解有機(jī)碳的主要來(lái)源。研究還發(fā)現(xiàn)當(dāng)O3/DOC比率低于～0.4時(shí),未觀察到Br03-的顯著生成；當(dāng)O3/DOC比率高于～0.4時(shí),BrO3-隨著O3/DOC的增加而呈線性增加。當(dāng)采用光譜指標(biāo)時(shí),BrO3-開(kāi)始顯著生成的拐點(diǎn)為：UVA254降低45-55%,UVA280降低50-60%以及腐殖質(zhì)熒光信號(hào)降低86-92%。與紫外吸光度指標(biāo)不同的是,不同溶解性有機(jī)碳濃度和不同初始溴離子濃度對(duì)溴酸鹽生成與腐殖質(zhì)類熒光變化二者之間的關(guān)系影響較弱,表明腐殖質(zhì)類熒光更適合應(yīng)用于臭氧工藝中溴酸鹽生成濃度的在線預(yù)警。
【學(xué)位單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：X832
【部分圖文】：

關(guān)于ＤＯＭ的分析表征方法，涵蓋了光譜、色譜、比表面積、電鏡、原子力逡逑顯微鏡、Ｘ射線能譜、質(zhì)譜和核磁共振譜等技術(shù)手段。北京大學(xué)何偉等人對(duì)上述逡逑各種分析技術(shù)及其功能進(jìn)行了分類總結(jié)，如圖１．１所示口９］。由此可見(jiàn)，光譜和逡逑色譜技術(shù)仍是表征ＤＯＭ的元素、化學(xué)鍵、官能團(tuán)及分子空間構(gòu)型的主要手段。逡逑本論文的相關(guān)研巧主要采用了紫外－可見(jiàn)吸收光譜、Ｈ維焚光光譜和色譜法等手逡逑段用于對(duì)ＤＯＭ的分析表征。逡逑焌可見(jiàn)吸姞譜逡逑紫外－可見(jiàn)吸收光譜掃描及其指標(biāo)如ＵＶＡ２５４等被廣泛應(yīng)用于反映水體中逡逑ＤＯＭ的不飽和芳香類基團(tuán)豐度，并用作ＤＯＣ濃度的替代性指標(biāo)。然而由于ＤＯＭ逡逑中眾多發(fā)色團(tuán)的疊加，其紫外－可見(jiàn)吸收光譜通常缺乏顯著的特征峰。美國(guó)華盛逡逑頓大學(xué)Ｇｒｅｇｏｒｙ邋Ｋｏｒ油ｉｎ教授等人通過(guò)對(duì)吸收光譜進(jìn)行數(shù)據(jù)差分處理，提取出水逡逑化學(xué)過(guò)程中活性基團(tuán)發(fā)生電子或質(zhì)子轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生的電子光譜效應(yīng)，并運(yùn)用于表征逡逑ＤＯＭ在酸堿平衡、金屬絡(luò)合和氧化還原等水化學(xué)過(guò)程中的行為［４２－４５］。逡逑Ｈ維巧光光譜（ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ邋ｅｍｉｓｓｉｏｎ邋ｍａｔｒｉｘ，ＥＥＭ）是將巧光強(qiáng)度Ｗ等高線逡逑形式投射在ｙ■激發(fā)波長(zhǎng)（ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ，邋Ｅｘ）和發(fā)射波長(zhǎng)（ｅｍｉｓｓｉｏｎ，Ｅｍ）為橫縱坐標(biāo)逡逑的平面上獲得的譜圖。由于其簡(jiǎn)便靈敏快速，同時(shí)能夠反映相對(duì)豐富的信息，逡逑ＥＥＭ可Ｗ用于溶解性有機(jī)物的定性或定量分析表征

Ｅｍ＝３４０ｎｍ，Ｅｘ＝２２０－３００ｎｍ；巧光，固定發(fā)射波長(zhǎng)Ｅｒｎ＝４３０邋ｎｍ，激發(fā)波長(zhǎng)Ｅｘ＝２２０－４００。英光多發(fā)射為固定激發(fā)波長(zhǎng)Ｅｘ＝２３０邋ｎｍ，發(fā)射波長(zhǎng)ＥｒｒＫ３００－５００邋ｎｍ。逡逑表３－２ＨＩ＞ＬＣ橫度洗脫程巧逡逑Ｔａｂｌｅ邋３－２邋ＨＰＬＣ邋ｇｒａｄｉｅｎｔ邋ｅｌｕｔｉｏｎ邋ｐｒｏｇｒａｍ逡逑ｉｍｅ邋（ｍｉｎ）邐Ｓｏｌｖｅｎｔ邋Ｂ邋（％）邐Ｓｏｌｖｅｎｔ邋Ｄ邋（％）邐Ｆｌｏｗ邋ｒａ化（ｍｌ／ｍｉｎ）逡逑００邐２０．０邐８０．０邐１邐、－００邐４０．０邐６０．０邐１逡逑彟＾＾邋－旅０－？？姌~T掀０邐公 …｜｜奤Wｌ■■ｉｉｌ＃巡ａｇ師制j9怖ｉＴＴｉｔｍ邋而ｉｉｗｔｉｒ邋巧巧腳ｆＴ，Ｔ；ｒｆ＂ｉＴ邋而而ｉＴｉｉＴｉａｉ郵ｍｔｉｔｉｉｆｆ．ＨＢｒ？肝，■換邋＊？邐＞邐。漢＇徽逡逑．００邐８０．０邐２０．０邐１逡逑ＪＳｏｌｖｅｎｔ邋Ｂ：邋ａｃｅ化ｍｔｒｉｌｅ邐化邐＾邐－邐Ｓｏｌｖｅｎｔ邋Ｉ）：邋ａｉｉｍｉｏｎｍｍ邋ａｃｅｔａ化邋ｓｏｌｕｔｉｏｎ邋（１０邋ｍｌＭ），化ｅｏｒｅｔｉｃａｌｌｙ邋Ｉ）打＝７，逡逑．２．２結(jié)果與討論逡逑２．２．１就組分屖。逡逑４００邐—１２０逡逑

邐在ＨＰＬＣ多發(fā)射巧光圖（國(guó)３－２）中，可Ｗ看出ＤＯＭ組分ｐｅａｋａｌ和ｐｅａｋａ３逡逑同時(shí)含有蛋白類和腐殖質(zhì)類巧光峰，而ＤＯＭ組分ｐｅａｋ邋ａ２則主要含有蛋白類炎逡逑光組分。相似地，在ＨＰＳＥＣ多發(fā)射巧光圖（圖３－３）中，ｐｅａｋ邋ｂｌ和ｐｅａｋ邋ｂ２組逡逑分同時(shí)含有蛋白類和腐殖質(zhì)類巧光峰，而ｐｅａｋ邋ｂ３組分則主要含有蛋白類黃光峰。逡逑即ＥＥＭ圖中的蛋白類夷光峰，可ｔｉＪｌ分為相對(duì)獨(dú)立的和結(jié)合的兩大類。對(duì)于逡逑蛋白類與腐殖質(zhì)類巧光峰的結(jié)合現(xiàn)象

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本文編號(hào)：2823257