水源生态净化系统中有机物迁移转化机制及荧光响应特征

To improve the removal efficiency of micro-polluted drinking water sources organic matter in ecological purification system, the space-time migration and transformation characteristics of organic matter concentration, chemical composition, molecular weight distribution and fluorescence composition in the ecological purification system are investigated, based on the long-term monitoring of a large-scale drinking water ecological purification project. Combination of field sampling campaigns and laboratorial simulation experiments to evaluate the function and role of the main components of ecological purification system in the migration and transformation process of organic matter, and built material cycling model to reveal the migration and transformation mechanism of organic matter, and indentify the key role that control the removal of organic matter in different period in the ecological purification system. Adopt parallel factor analysis to determine the optimal wavelength of organic matter from different sources, combining with the chlorination reaction features and the fluorescent response characteristics before and after chlorination reaction, to constitute a rapid fluorescence diagnosis approach for detecting anomalous changes in the ecological purification system. This research is useful for providing scientific basis and method for the optimization operation of the ecological purification system and the establishment of a perfect early warning system of safe drinking water.

本项目以生态净化系统对微污染饮用水源有机物的预处理效能为切入点，针对有机物去除率低及去除效果时空差异较大等问题，基于规模化饮用水源生态净化工程的长期监测，掌握有机物浓度、化学组成、分子量分布及荧光组成时空迁移转化规律及影响因素；通过原位监测结合实验室模拟实验，解析生态净化系统关键组成要素在有机物迁移转化过程中的作用，建立物质循环模型，阐明生态净化系统中有机物迁移转化机制，明确不同时期控制有机物各组分去除转化的关键作用途径；采用平行因子分析法识别生态净化系统不同来源有机物最佳荧光响应波长，结合不同来源有机物氯化反应特性及氯化反应前后有机物三维荧光光谱变化，实现生态净化系统有机物来源及危害的快速荧光诊断。以上研究将为水源生态净化系统的运行优化及建立完善安全饮用水预警系统提供科学依据和方法手段。

基于盐龙湖水源生态净化系统及净水厂的长期监测，采用光谱表征分析了水源生态净化系统有机物浓度、构成、来源时空变化特征及驱动因素，结合实验室不同来源有机物释放特征模拟实验，解析系统关键组成要素在有机物迁移转化中作用，并评价生态净化系统出水有机物浓度及构成变化对后续水处理工艺的影响。研究结果表明：.（1）暴雨径流汇入是驱动盐龙湖水源生态净化系统进水有机物浓度及构成季节变化的主要原因，夏季进水有机物浓度的增加主要以腐殖质有机物为主（C1、C2、C4），有机物分子量及腐殖化程度显著增加(S275-295及SR降低，HIX增加），而自生源对水中有机物贡献降低（HIX及β：α降低）。枯水期，随着降雨量的减少，外河进水有机物分子量、腐殖化程度降低，自生源对水中有机物的贡献增加。.（2）光降解及生物降解分别是驱动生态净化系统水中腐殖质荧光组分（C1、C2、C4）及蛋白类荧光组分（C3）时空变化的关键因素；水源生态净化系统光降解作用要强于生物降解作用，特别是夏季，经生态净化系统处理后，出水有机物分子量（S275-295及SR增加）及腐殖化程度降低（HIX降低），而自生源贡献增加（BIX值升高）。.（3）与陆生植物相比，水生植物释放有机物的分子量及芳香性要低，具有明显的自生源特征，其中植物叶片释放有机物分子量及芳香性要高于根系，秋季水生植物的释放导致生态净化系统湿地净化单元蛋白类荧光组分C3浓度及有机物自生源指数的增高。.（4）不同季节水源生态净化系统出水有机物浓度及腐殖质与蛋白质荧光组分所占比例的变化对水厂各处理单元去除效率影响较大，有机物的去除主要在预臭氧及主臭氧单元。各荧光组分的去除与水厂各处理单元运行条件密切相关，通过各处理单元荧光组分变化可以为水厂优化每个处理阶段的操作条件，改善出厂水质提供有效手段。.