北京市城市污水中主要污染物分布调查分析_胶体组分

Fig.8 3DEEM of colloidal contamination in municipalsewage

表4　根据 PARAFAC模型确认的荧光基团（胶体组分）

Tab. 4 　Identification offluorescence maxima of components by PARAFAC model（colloidal component）

根据表4的鉴定结果，可以判断出在城市污水中胶体成分非常复杂多样，组成胶体的成分包含了色氨酸类蛋白质、酪氨酸类蛋白质、紫外区类腐殖质、浮游植物降解产物及可见区类腐殖质。此外由图中可知，在EX/EM：280/350nm及230/350nm处具有2个明显的色氨酸荧光峰，且这两个荧光峰强度远远高于其他峰的强度；而在EX/EM：230/300nm、270/305nm的酪氨酸荧光峰稍弱，强度最弱的荧光分别出现在EX/EM：350/440nm、240/420nm和280/370nm，这表明在城市污水中胶体成分中，腐殖质成分和浮游植物降解产物成分的含量较蛋白质成分低得多。污水中的类腐殖质成分可能是部分微生物在污水中合成产生也可能是外界土壤环境中携入的。在3DEEM图中左上方和右下方各有一条颜色较深的谱带，这是由水的倍频峰产生的。在靠近左上方水的倍频峰的下侧，即在EX/EM：300/330-380/430处有一条狭长的荧光峰带胶体组分，这一条带荧光强度相对较弱，没有明显的荧光中心，目前研究者尚未对此带进行归属。

3.5.1城市污水中溶解性污染物的光谱解析

图7是城市污水中不同分子量范围中溶解性污染物的三维荧光光谱。根据图中信息，城市污水溶解性污染物分别在EX/EM：325/410nm、225/350nm、230/300nm、230/410nm、255/440 nm左右具有明显的荧光峰，各个荧光峰归属结果见表5。由表5可知城市污水中溶解性污染物包含了色氨酸类蛋白质、酪氨酸类蛋白质、紫外区类腐殖质、浮游植物降解产物及可见区类腐殖质。其中在EX/EM：325/410nm处类腐殖质荧光峰较强且在四种分子量区间中都有存在，说明在污水溶解性组分中含有较高浓度的类腐殖质中国论文下载中心。而其余各荧光峰的强度都相对较弱。

a: 分子量＜1000 b:分子量1000-10000

c: 分子量10000-50000d:分子量＞50000

图9 城市污水中不同分子量范围中溶解性污染物的三维荧光光谱（溶解性组分）

Fig.9 3DEEM of soluble contamination in municipalsewage

classified by molecular weight-based membrane（soluble component）

（up left a: ＜1000; up rightb: 1000-10000; down left c: 10000-50000; down right d:＞50000）

表5　根据 PARAFAC模型确认的荧光基团（溶解性组分）

Tab. 5　Identification offluorescence maxima of components by PARAFAC model（soluble component）

此外溶解性盐类在溶解性组分也占一部分，这部分通过拉曼光谱可以部分解析其存在形式^[23]。图8 是城市污水中不同分子量范围中溶解性组分的拉曼谱图。根据图中信息，城市污水溶解性污染物分别在波数为843cm^-1、997 cm^-1、1091 cm^-1、1376 cm^-1和1610 cm^-1处有较强振动。其中843cm^-1为NO₃^-面外弯曲振动，997 cm^-1为SO₄^2-对称伸缩振动，1091 cm^-1处振动模式为PO₄^3-中的反对称伸缩振动以及NO₃对称伸缩振动。1610 cm^-1可能为氨基酸COO反对称伸缩振动或芳香环C=C伸缩振动。化学定量分析表明在溶解性组分中溶解性盐类的浓度分别为：磷酸盐（PO₄^3-）：6.45±0.06mg/L；硝酸盐（NO₃^—）：1.14±0.05mg/L.

图10 城市污水中不同分子量范围中溶解性污染物的拉曼光谱

Fig.10　Raman spectra of solublecontamination in municipal sewage

classified by molecular weight-based membrane

4 结论与讨论

以北京市四家污水厂的城市污水为研究对象，通过长期取样和试验分析，对污水水质和污水中以COD为代表的有机物和以总氮和总磷为代表的营养物的存在形态和分布规律进行了考察。结果表明，城市污水显中性，COD和SS浓度较高。城市污水中的总COD组成中，CODp平均含量为53.4%，CODc为30.6%，CODs为17.4%；而在TN组成中胶体组分，TNp平均含量为14%；TNc占24%，TNs占62%；在TP的组成中，TPp平均含量占23%，TPc占51%；TPs占56%。城市污水中的COD大部分以悬浮性和胶体性组分存在，溶解性COD组分只占20%左右。而城市污水中氮元素和磷元素主要分布在溶解性组分中，城市污水中无机磷一般占总磷含量的71%左右，无机氮占城市污水中总氮含量的69%左右。在悬浮性组分中，有机氮和有机磷比例要高于无机氮与无机磷比例。

矿质成分是城市污水中悬浮性和胶体性组分中重要组成部分。通过X射线衍射分析了城市污水中悬浮性和胶体性组分中矿质成分组成，结果表明矿质成分主要由石英、伊利石、高岭石、绿泥石、长石等组成。在所有矿物组成中石英比例都较高（＞30%），而在次生矿物组成中，以2：1型矿物（伊利石）为主，长石类也具有较大的组成比例。这些矿质成分如黏土矿物表面上有较多的吸附位点，在污水中可以吸附结合污水中的有机物和水合金属氧化物，成为各微粒间的架桥物质，形成有机-无机复合胶体或悬浮物^[24,25]。有研究显示，污水中的悬浮物和胶体组分对微量污染物有强烈的吸附作用，所以它们对污染物的迁移转化起着重要作用。

通过三维荧光光谱以及拉曼光谱分析了城市污水中胶体性和溶解性组分的组成形式。城市污水中胶体性组分和溶解性组分中都含有较多的类蛋白成分和类腐殖质成分。但二者在分布的浓度有一定的差异中国论文下载中心。具体来说胶体组分，在胶体性组分中含有较高浓度的蛋白成分，主要为色氨酸类蛋白质，其实是酪氨酸类蛋白质，类腐殖质含量较少；而在溶解性污染物中类腐殖质含量则最多，其次是色氨酸类蛋白质和酪氨酸类蛋白质。此外拉曼光谱还确定了在溶解性污染物中含有一定浓度的盐类（硝酸盐、磷酸盐等）。

污水中的腐殖质除能与金属离子螯合以外，还能与水中的水合氧化物、黏土矿物等无机胶体物质结合成为有机-无机胶体复合物^[26]。城市污水中大部分污染物的粒径在0.1μm以上，属于胶体和悬浮物的范围。由絮凝动力学可知如果能引入与污染物带电性质不同或有吸附作用等使胶体脱稳的介质，则能促进它们相互作用使其结合为某种聚集体，即通过絮凝作用而去除^[27,28]。这样即可通过絮凝/吸附作用将污水中的悬浮物和胶体组分去除以大大降低后续处理工艺的负荷。而其它溶解性污染物则应当是二级生物处理或更高级处理的去除对象。

需要指出的是，在本实验中取样分析污水来自北京市污水厂的原污水。而随着地区的变换，由于城市规模、城市生活特点或城市污水管网的不同会造成城市污水水质特征的差异，所以本实验的结论不一定能普遍代表城市污水的水质特征。目前随着城市规模的扩大和污水处理设施的建设，越来越多的城市污水会得到处理。所以了解城市污水的水质特征以评价及预测污染物的可处理性是非常必要的。本实验数据对于中国北方部分城市污水的特征有一定代表性，具有一定的参考价值。

参考文献
[1]国家环境保护局《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法[M]. 北京:中国环境科学出版社, 2002年第四版.
[2]Castiglioni, S., Bagnati,R., Fanelli, R., et al. Removal of pharmaceuticals in sewage treatment plantsin Italy[J]. Environ. Sci. Technol. 2006,40:357–363.
[3]E. Dulekgurgen, S. Dogruel,K. Ozlem,et al. Size distribution of wastewater COD fractions as an index forbiodegradability[J]. Wat Res.,2006, 40 (2):273–282.
[4]Sophonsiri, C., Morgenroth,E. Chemical composition associated with different particle size fractions inmunicipal,industrial, and agricultural wastewaters[J]. Chemosphere2004,55:691–703.
[5]Eckenfelder, W.W., Grau,P.Activated sludge process design and control: theory and practice[M].technomic publishing company, Lancaster, USA,, 1992.
[6]N. Azema, M.F. Pouet, C.Berho,et al. Wastewatersuspended solids study by optical methods[J]. Colloids and Surfaces A:Physicochemical and Engineering Aspects, 2002,204 :131–140
[7]A. Guellil, F. Thomas, J. C.Block, et al. Transfer of organic matter between wastewater and activatedsludge flocs[J]. Wat. Res.,2001,35(1) :143-150
[8]张乃娴,李幼琴,赵惠敏,等.粘土矿物研究方法[M].北京:科学出版社,1990年第一版
[9]Y J LIN, LAIRD D A, BARAKP. Release and fixation of ammonium and potassium under long-term fertilitymanagement [J]. Soil Sci Soc Am J, 1997, 61: 310-314.
[10]ZHANG Y S, SCHERER H W. Investigationon the mechanism of ammonium fixation by clay minerals in different layers oftwo paddy soils after flooding [J]. Biol Fertil Soils, 1999, 28: 206-211.
[11]叶春燕,谷晋川,张君.生活污水除磷工艺的研究[J].西华大学学报(自然科学版),2009,28（6）:47-50
[12]Masaaki Takahashi,Susumu Kato,HirohisaShima,et a1. Technology for recovering phosphorus from incinerated wastewatertreatment sludge [J].Chemosphere,2001,44: 23—29.
[13]Omoike A I,Vanloon G W.Remova1 o phosphomsand organic matter remova1 by a1um during wastewater treatment[J].WatRes.,l999,33(17):3617—3627.
[14]苏忠.胶体与表面化学[M].北京:化学工业出版社.2002年第2版
[15]A.D. Levine, G. Tchobanoglous, T.Asano, Size distributions of particulate contaminants in wastewater and theirimpact on treatability[J].Wat Res.,1991,25 (8):911–922.
[16]王小波,王艳,卢树昌,等.四种黏土矿物对水体中氮、磷去除效果的研究[J].非金属矿,2009,32(1):70-72
[17]蔡进功.泥质沉积物和泥岩中有机黏土复合体[M].北京:科学出版社,2004年第一版
[18]赵杏嫒,张有瑜.粘土矿物与粘土矿物分析[M].北京:中国海洋出版社,1990年第一版
[19]Wu F C, Tanoue E.Isolation and PartialCharacterization of Dissolved Copper-Complexing Ligands in Stream waters [J].Environ. Sci. Technol.,2001,35(18):3646—3652
[20]Baker A.Fluorescence Properties of SomeFarm Wasters: Implications for Water Quality Monitoring [J].Wat Res., 2002,36 (1):189—195
[21]Leenheer J A, Crou J P.CharacterizingAquatic Dissolved Organic Matter [J]. Environ. Sci. Technol., 2003,37 (1):19—26
[22]Coble P G. Characterization of marineand terrestrial DOM in seawater using excitation-emission matrix spectroscopy[J].Marin. Chemi., 1996,51:325~346.
[23]翁诗甫,傅里叶变换红外光谱仪[M].北京:化学工业出版社,2005年第一版
[24]Geckeis H., Rabung T., Ngo Manh, et al.Humic colloid-borne natural polyvalent metal ions: dissociation experiment[J].Environ. Sci. Technol., 2002,36 (13),2946–2952.
[25]Lead J.R., Davison W., Hamilton-TaylorJ.,et al. Characterizing colloidal material in natural waters[J].J. Aquat.Geochem, 1997,3 (3): 213–232.
[26]Buf?e J., Van Leeuwen H.P.EnvironmentalParticles[M]. Lewis Publishers, London.1993.
[27]胡筱敏.混凝理论与应用[M].北京:科学出版社,2007年第一版
[28]Muhammad H, A1-Malack, G.K. Anderson.Coagulation-crossflow microfiltration of domestic wastewater[J]. Journal ofMembrane Science,1996,121: 59-70
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