不同臭氧浓度对BAC出水中DOM的影响

 

 DOM的3D-EEM分析

        不同臭氧浓度条件下臭氧和BAC出水荧光特征如图1所示.在无臭氧的条件下, 臭氧出水(同砂滤出水)荧光区域主要由蛋白类物质(区域Ⅰ)、富里酸类(区域Ⅱ)、微生物代谢产物及其类似物(SMPs)(区域Ⅲ)和腐殖酸类(区域Ⅳ)等物质构成, 利用区域积分法对荧光区域进行计算, 4种荧光物质分别占总荧光区域的37.54%、28.43%、6.41%和27.62%.经过BAC过滤之后, 4种物质的荧光强度分别降低18.51%、75.21%、38.75%和27.42%, 表明BAC对水中的特征有机物有一定的去除能力.但代表蛋白质类的荧光组分与臭氧出水相比仅下降了18.51%, 表明水中难降解有机物和亲水性物质(蛋白类物质)无法在BAC过程中得到高效去除, 这可能是BAC在不通臭氧条件下DOC去除效果一般的原因.在臭氧浓度为0.5、2.0和4.0 mg·L-1条件下, 臭氧出水的总荧光强度与无臭氧相比分别降低54.89%、72.84%和88.64%, 表明水中的特征有机物在臭氧条件下可以得到高效去除.

图1 不同臭氧浓度条件下臭氧和BAC出水EEM特征

 

       在臭氧为0.5 mg·L-1和2.0 mg·L-1的条件下, BAC出水中蛋白类物质、腐殖酸类和SMPs等物质的总荧光强度进一步降低42.49%和31.72%.这可能是臭氧的强氧化性分解水中有机物, 使水中多数有机物得到充分降解或易于降解, 进而易被微生物生命活动利用[32].然而在臭氧为4.0 mg·L-1的条件下, BAC出水中荧光强度增加, 其中代表蛋白质和SMPs的荧光强度分别增加了46.23%和63.72%, 这与SUVA的变化趋势一致.该部分研究结果表明, 过高臭氧浓度下BAC会释放蛋白质和SMPs到水中.

 

  DOM的LC-OCD分析

       对臭氧-BAC出水中的DOM进行LC-OCD分析, 结果如图2所示.根据OCD图的保留时间和已知分子量标线可以将DOM划分为不同分子量级, 结合EEM图对OCD图(峰A、B、C和D)进行解析.峰A主要是相对分子质量大于100×103的有机物, 这部分一般由大分子腐殖质类物质组成, 峰B表示的是相对分子质量30×103~100×103之间的有机物, 此类物质成分复杂, 主要包括腐殖质类分解产物；峰C主要是相对分子质量为1×103~30×103类有机物, 主要包括蛋白质类以及SMPs类物质；峰D以及之后的物质相对分子质量小于1×103, 此类物质含有较低的芳香性, 多为饱和小分子有机酸类物质；UVD图谱表示254 nm处的紫外吸收成分(芳香和不饱和结构)[23].

不同臭氧浓度条件下臭氧和BAC出水LC-OCD分析

 

       对OCD数据进行面积积分, 在0.5、2.0和4.0 mg·L-1 臭氧条件下, 与不通臭氧出水(同砂滤出水)相比[图 4(a)], 代表腐殖质类有机物(峰A)的峰面积分别降低了27.94%、37.15%和45.00%；代表腐殖质类分解产物(峰B)的峰面积分别降低34.63%、29.72%和52.69%；代表蛋白质类以及SMPs类物质(峰C)的峰面积分别降低59.53%、67.23%和71.14%.同时在UVD图谱中发现经臭氧氧化后出水的紫外吸收组分大幅度降低, 该研究结果表明臭氧降解水中有机物, 使水中大分子有机物降解转变为小分子物质, 降解后产物多为饱和亲水性酸类.在0.5 mg·L-1和2.0 mg·L-1的臭氧条件下的BAC出水中[图 4(b)], 三类有机物(峰A、峰B和峰C)进一步表现出不同程度降低.其中在2.0 mg·L-1的臭氧条件下, BAC对DOM去除达到更佳, 代表腐殖质类(峰A)、腐殖质类分解产物(峰B)和蛋白质及SMPs类有机物(峰C)的峰面积与不通臭氧的BAC出水相比降低35.26%、62.82%和76.92%, 该部分表明难降解的DOM经过臭氧氧化后变得易生物降解.但臭氧浓度为4.0 mg·L-1时, BAC出水中代表蛋白质及SMPs类物质(峰C)的峰面积与不通臭氧相比上升188.12%, 这一趋势与三维荧光数据一致, 进一步证明了过高臭氧浓度会导致BAC释放蛋白质以及SMPs类有机物到水体中.