饮用水中DOM转化归趋的荧光光谱和分子尺度研究

Dissolved organic matter (DOM) in drinking water has a significant impact on the drinking water quality security. The adequate understanding and clarification of DOM composition, structure, and its transformation and fate in water treatment process, is the key to the improvement of water treatment efficiency and drinking water quality security. Based on the initial research on DOM removal interpreted by Three-dimensional Excitation Emission Matrices (3D EEMs) in water works, the typical chemometrics methods are used to deeply excavate and extract the effective fluorescent components to investigate the fluorescent characteristics and changes of DOM and DOM fractions during the water treatment process. Ultra-high resolution mass spectrometry, coupled with other characterization methods, is used to interpret the molecular elements characteristics and changes of DOM and DOM fractions on the molecular scale during water treatment process. The intrinsic relationship between EEMs and molecular elements characteristics of DOM are investigated. The response model of EEMs changed with DOM molecular elements is built. The project will reveal the removal, transformation and fate of DOM during water treatment process. The research results will provide technical support for the optimization of water treatment process, pollutant removal, disinfection by-product formation and control in drinking water. What's more, the project will also lay the scientific basis for the development of the raw water early-warning, process control, and online monitoring technology based on fluorescence sepctrometry.

饮用水中溶解性有机物（DOM）对饮用水质安全保障有显著影响。认识和阐明DOM组成结构、及在水处理过程中的转化和归趋，是提高水处理工艺效能，实施饮用水质安全保障的关键，具有重要的基础性科学意义。本项目将在前期研究三维荧光解析水厂DOM去除特征基础上，从研究水处理过程中DOM及分级组分的荧光特征和变化规律出发，利用典型化学计量学方法深度挖掘解析DOM荧光光谱中的有效荧光组分；利用超高分辨率质谱等表征手段，从分子尺度阐明DOM及分级组分的分子元素构成特征，及在水处理过程中的转化规律；阐明DOM荧光光谱和DOM分子元素构成特征之间的内在联系，构建DOM荧光光谱随DOM分子元素构成变化的响应模型；通过揭示DOM在水处理过程中的去除、转化和归趋，为水处理工艺调控优化、污染物去除、消毒副产物生成与控制研究提供技术支撑，为以荧光为基础的饮用水原水预警、工艺过程系统控制和水质在线检测提供理论基础和科学依据。

饮用水中溶解性有机物（DOM）对饮用水质安全保障有显著影响。认识和阐明DOM组成结构、及在水处理过程中的转化和归趋，是提高水处理工艺效能，实施饮用水质安全保障的关键，具有重要的基础性科学意义。以典型自来水厂水体DOM为研究对象，从各水处理工艺单元采集水样，使用典型化学计量学方法解析DOM荧光光谱，提取有效荧光组分，阐明从原水到出厂水中DOM的变化特征；利用超高分辨率质谱FT-ICR MS，从分子尺度来考察不同处理单元DOM的物质构成特征；使用化学计量学方法探索DOM荧光光谱和分子元素构成及结构特征之间的内在联系。.研究结果表明，通过采用典型化学计学方法，包括平行因子（PARAFAC）、体积积分（FRI）、三线性分解（ATLD）等，解析了水处理工艺流程中不同水样的荧光光谱，提取出多种有效荧光组分，荧光组分强度与常规水质指标具有趋同性，表明三维荧光光谱技术具有高度的敏感性，能够有效监测和分析环境水体中低浓度有机物的赋存与特征。预氯化、臭氧、生物活性炭等工艺在水中DOM去除起到关键性的作用，是DOM荧光强度降低的主要处理单元，是水质安全保障的重要屏障。.DOM的FT-ICR MS质谱解析表明，长江原水DOM中主要有机物是O7、O8、O9类有机物，有机物强度占了总有机物强度的46%以上，有机物主要分布在O/C 0.2-0.8，H/C 0.6-1.6的范围内，对应于木质素类物质。荧光光谱特征与质谱特征存在一定的趋同性，表明有机物荧光光谱对有机物结构组成具有一定的代表性意义，为以荧光为基础的水质预警提供给了物质层面的验证。.本项目进一步比较了不同水源地（长江、太湖、滆湖、地下水、京杭运河等）原水中DOM荧光和组成结构特征的差异，地下水、滆湖、长江等荧光谱图中腐殖酸类荧光特征明显，而太湖、京杭运河的EEM谱图中存在明显的蛋白质类有机物荧光峰，这与太湖和京杭运河受到人类活动影响较大有密切的联系。.研究成果深化认识了水中DOM的组成结构特征，水处理过程中DOM的荧光变化，为构建以荧光为基础的环境水体、饮用水原水预警、水质在线检测系统提供理论基础和科学依据，为以安全饮用水为目标的饮用水质多级安全保障策略提供技术支撑。