KMnO4-PAC对高原喀斯特湖库DOM的DBPsFP控制

以云贵高原典型喀斯特湖库红枫湖取水口溶解性有机质(DOM)为研究对象,调查不同组合方式下高锰酸钾-聚合氯化铝(KMnO4-PAC)对消毒副产物的生成潜能(DBPsFP)变化和平均组成分布,并通过红外光谱(FTIR)和三维荧光光谱(3D-EEM)对部分样品进行化学表征,推断其影响机制.结果表明在0.1,0.2,0.4mg/L KMnO4投加量下,DBPsFP降低17.5~73%,DOM的卤代活性化学结构和官能团部分被有效钝化;PAC的网捕和卷扫效应使DBPsFP进一步减少27.9~86.1%,组合工艺对DBPs的生成潜能影响大小为:三卤甲烷(THM4)>卤乙酸(HAA9)>卤乙腈(HAN4)/卤代酮(HK2)/三氯硝基甲烷(TCNM).FTIR的结果表明预氧化后3300cm^-1处的透过率降低,指纹区1000~1300cm^-1处的峰频提升,表明分子中的O-H、COOH和C-O官能团增加,共轭不饱和结构在KMnO4作用下部分消失.3D-EEM验证了外源有机物(腐殖酸)在DOM中占比随KMnO4浓度梯度升高而下降,同时类蛋白结构的吸收峰强度增加,说明最终DBPs贡献可能源于DOM中剩余的小分子类蛋白(氨基酸).

喀斯特城市湖库pCO_(2)及CO_(2)通量空间格局研究

为探索典型喀斯特城市湖库二氧化碳分压(pCO_(2))及其交换通量(F)空间格局,以我国贵阳市阿哈湖水库(AHa)、松柏山水库(SBS)、百花湖(BHH)和红枫湖(HFH)为对象,探索了区域气象水文基础数据、碳酸盐平衡参数及环境因子,进而评估表层水体pCO_(2)及其F空间变化.结果表明,受原位新陈代谢和水文调节,AHa的pCO_(2)为(861.6±462.8)μatm,显著高于SBS(223.6±213.1)μatm、BHH(139.3±63.6)μatm和HFH(126.2±50.9)μatm(P<0.05),且各湖库水-气界面二氧化碳(CO_(2))交换速率(k值)在(2.05~3.82)cm/h范围内.AHa的F值为(6.23±9.59)mmol/(m^(2)·d),具有向大气排放CO_(2)的潜力;SBS、BHH和HFH的F值分别为(-5.86±5.25)mmol/(m^(2)×d)、(-8.63±1.03)mmol/(m^(2)·d)和(-7.58±1.10)mmol/(m^(2)·d),表现为大气CO_(2)汇.湖库表层水体pCO_(2)与环境因子叶绿素a(Chla)和氨氮(NH_(4)^(+)-N)具有显著相关性(P<0.05),说明喀斯特湖库碳酸盐耦合光合作用和人为输入极大影响了水体CO_(2)量级.

基于哨兵-2数据的喀斯特高原深水湖库COD_(Mn)遥感反演

利用哨兵-2数据及多种方法反演喀斯特高原深水湖库的高锰酸盐指数(COD_(Mn)),对于区域水环境管理和丰富水质反演理论具有重要意义。以贵阳市红枫湖与百花湖为研究区,基于Sentinel-2 MSI影像和COD_(Mn)浓度数据,使用随机森林回归(RFR)、支持向量回归方法(SVR)、高斯过程回归(GPR),构建COD_(Mn)反演模型,获得2018~2020年不同时期的COD_(Mn)空间分布。结果表明:(1)RFR模型估算精度最高,验证集RMSE为0.222 mg·L^(-1),MAPE为5.84%,R2为0.841;(2)红枫湖COD_(Mn)浓度变化呈现上游高于下游、春季高于夏季的时空分布特征。百花湖除了上游,整体湖区COD_(Mn)浓度较低且随时间变化不大。研究揭示了RFR模型与Sentinel-2数据在喀斯特高原深水湖库COD_(Mn)浓度反演具有良好的适用性。

阿哈水库DOM的分离及其对消毒副产物的贡献

为研究高原喀斯特湖库DOM(dissolved organic matter,溶解性有机质)的组成及其化学特征对DBPs(disinfection byproducts,消毒副产物)生成路径的影响,以西南喀斯特地区贵阳市阿哈水库的DOM为研究对象,结合XAD大孔树脂分离技术,通过化学表征[包括UV-Vis(紫外-可见光光谱)、FTIR(红外光谱)和3D-EEM(三维荧光光谱)]手段来研究各组分对C-DBPs(含碳消毒副产物)和N-DBPs(含氮消毒副产物)的生成贡献.不同组分芳香性的大小依次为HON(憎水中性物)>HIB(亲水碱)>HOA(憎水酸)>HIN(亲水中性物)≈HIA(亲水酸)>HOB(憎水碱).憎水与亲水DOM的DBPs生成潜能相近.其中,HON最高,其次为HIB和HOA.HIB和HOA的主要卤代反应位分别来源于藻类有机物的蛋白质和富里酸,而HON的DBPs生成潜能的贡献主要为分子中的芳香和共轭不饱和结构.HIA和HIN的构成主要为脂肪烃,贡献较低的DBPs的生成潜能.对于C-DBPs,THMs和HAAs的生成潜能总体相近,不同组分的差异明显.对于N-DBPs,卤乙腈的生成潜能占80%以上,憎水DOM的贡献较高.DBPs的生成路径从UV-Vis、FTIR和3D-EEM的官能团和特征峰解析结果中均得到了较好的响应.

典型喀斯特城市湖库溶解性有机质成分特征及来源解析

为探索喀斯特城市湖库溶解性有机质(DOM)成分特征及来源信息,以我国贵阳市重要喀斯特湖库——红枫湖、百花湖、松柏山水库和阿哈水库为研究对象,分析了表层水体溶解性有机碳(DOC)、叶绿素a(Chla)和DOM光学参数(a_(254)、a_(280)、a_(350)、E2∶E3、S_(275-295)、FI、β:α、BIX、HIX)的空间差异,同时利用荧光吸收峰(B、T、A、M、C、D、N)和三维荧光平行因子分析(EEM-PARAFAC)解释DOM各成分丰度及占比状况,并运用Spearman相关分析及主成分分析(PCA)揭示DOM参数的相关性和主要环境过程.结果表明,喀斯特城市湖库ρ(DOC)和ρ(Chla)范围分别为4.24~11.9 mg·L^(-1)和0.32~19.7μg·L^(-1),松柏山水库腐殖质(a_(254))和芳香类蛋白质(a_(280))较高,导致相对分子质量(E2∶E3和S_(275-295))高于其它湖库.表层水体DOM成分主要包括可见光范围腐殖质和陆源富里酸,其占比分别为23.8%~46.9%和17.6%~28.4%.湖库荧光参数FI、β∶α和BIX较高而HIX较低,说明内源新生成分对DOM具有显著贡献.光学成分与来源参数具有显著的相关关系,喀斯特城市湖库DOM主要包括大分子腐殖质输入、小分子内源输入和碳酸盐耦合光合作用促进新生DOM等过程.