生物滞留介质对道路径流溶解性有机物不同化学组分的去除特性

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道路径流溶解性有机物(Dissolved organic matter,DOM)是一种成分及其复杂的有机物,可作为其他污染物的配位络合载体,造成道路径流其他污染物易于迁移、难以去除等;其中,DOM的化学组成因为结构的差异,对DOM与其他污染物结合迁移潜力及协同去除的影响较大。因此,本文针对北京市道路径流DOM化学组分的基本特性,考察了生物滞留介质对其的吸附截留效果和去除机理,以期为道路径流DOM与其他污染物的协同强化去除提供研究基础。为探究北京市道路雨水径流溶解性有机物化学组分的特性,采用三维荧光光谱、紫外可见吸收光谱和红外光谱的方法,考察不同场次降雨不同交通密度条件下道路径流DOM化学组分的特性。结果表明,北京市道路径流DOM含有大量的疏水性组分,主要为疏水中性组分。道路径流DOM各化学组分均含有类芳香蛋白物质,疏水性组分还含有大量类富里酸物质。道路雨水径流DOM亲水性组分的芳香化程度较低、腐殖化程度较高,疏水性组分与之相反。道路径流DOM酸性组分中含异构化的—COOH和苯环等官能团,碱性组分和中性组分中多含醚键、酯基、酚类和醇类等官能团。交通密度不会改变道路雨水径流DOM化学组分的物质组成和特性,仅会影响各化学组分中的物质含量;交通密度越大,各化学组分物质的含量越多、芳香化程度越高,腐殖化程度越低。重金属Cu2+和Pb2+与道路径流DOM的络合效果较好,且道路径流亲水性组分与重金属的络合作用大于疏水性组分,其中,Cu2+更易于与HiA组分络合,Pb2+更易于与HiB组分络合。针对北京市道路径流DOM的污染特性,考察强化生物滞留介质对道路径流DOM的吸附性能。结果发现,铁氧化物、铁锰复合氧化物和铝污泥三种介质对DOM的吸附过程受化学吸附控制且为单分子层吸附。其中,铁氧化物和铝污泥的吸附过程属于放热反应,铁锰复合氧化物的吸附过程属于吸热反应。三种介质在酸性条件和弱碱性条件下对径流DOM的吸附效果较好;主要发生的为静电吸附作用,其次为配位络合作用。重金属离子的存在对铁氧化物和铁锰复合氧化物介质吸附DOM起抑制作用,对铝污泥介质吸附DOM起促进作用。三种生物滞留介质对地表径流DOM不同化学组分均有一定的吸附效果,铝污泥介质对道路径流DOM化学组分的去除效果最好;其中,各介质对疏水性组分的去除效果高于亲水性组分,去除效果最好的为HoA组分。生物滞留介质去除的主要为道路径流DOM各化学组分中的富里酸物质,对蛋白类物质的去除效果较差;经介质吸附后道路径流DOM各化学组分的腐殖化程度升高,芳香化程度降低。为进一步考察生物滞留介质对径流DOM的截留去除效果,在实验室搭建生物滞留柱,探究生物滞留装置对道路径流DOM化学组分的截留净化效果。结果发现,填充不同介质的生物滞留装置对道路径流DOM各化学组分均具有一定的去除效果,但强化介质装置对各组分的去除效果明显高于惰性介质砂。不同装置均对HoN、HoA和HiB组分的去除效果较好,对HoB、HiA和HiN的去除效果较差。各装置对道路径流DOM各化学组分中三维荧光峰的种类影响较小,对荧光峰的强度影响较大;其中,各装置出水DOM化学组分的类色氨酸峰和类络氨酸峰的峰强变化程度较小,类富里酸峰的峰强变化程度较大。铝污泥装置对DOM各化学组分中的芳香性物质和大分子结构的物质均具有一定的去除效果,铁氧化物装置主要吸附的为酸性组分中的芳香性物质和大分子结构的物质,铁锰复合氧化物装置主要吸附的为疏水性组分中的亲水性物质和降解的小分子物质。
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