3DEEM和PARAFAC的猪场废水DOM组成特征分析.pdf

第37卷 ，第2期 光 谱 学 与 光 谱 分 析 Vo1．37，No．2，pp577—583 2017年 2月 SpectroscopyandSpectralAnalysis February，2017 3DEEM 和 PARAFAC的猪场废水 DOM 组成特征分析 李 磊 ，李忠佩L ，刘 明 ，马晓焉 ，唐晓雪 1．中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室，江苏 南京 210008 2．中国科学院大学，北京 100049 摘 要 猪场废水中物质组成与其潜在的环境效应密切相关，研究废水中有机物的组成特征将可为制订科 学的资源管理措施提供理论依据。通过采集江西省余江县不同养殖规模 (以年出栏量计)的吴杨高 (WYG， 2000头)、成林牧业(CL，5000头)、万谷(WG，20000头)和正邦(ZB，24000头)等猪场 自然氧化塘内的养 殖废水，运用三维荧光 (3DEEM)和平行因子分析 (PARAFAC)模型研究废水中可溶性有机物 (DOM)组成及 其荧光特性。结果表明，成林和吴杨高猪场废水中化学需氧量 (COD)、全氮(TN)、氨氮(NH )以及可溶性 有机碳 (IXX2)浓度均显著高于万谷和正邦猪场。通过3DEEM和PARAFAC建模发现，猪场废水中可溶性 有机物 (DOM)主要有三个组分，其中包括两个类蛋白质组分 (C1，C2)和一个类腐殖质组分 (C3)。线性拟合 结果表明，C1分别与C2，C3组分荧光强度间呈极显著正相关，表明不同组分间可能具有相同的物质来源或 变化趋势。与养分浓度变化趋势一致，成林和吴杨高猪场DOM 组分的荧光强度显著高于万谷和正邦。此 外，c1和c2组分对猪场废水中DOM总的贡献率依次为成林(89．7 )，吴杨高(87．9％)，万谷(77．5 )和 正邦 (72．9 )，而 C3所 占比例分别为成林 (10．3 )，吴杨高 (12．1 )，万谷 (22．5 )和正邦 (27．1 )。可 见，废水中类蛋白质组分比例明显高于类腐殖质组分。与此同时，荧光指数 (FI。。)和腐殖化指数 (humifica— tionindex，HIX)的变化趋势，整体表现为正邦和万谷猪场显著高于成林和吴杨高猪场。Pearson相关性分析 表明，不同的荧光指数受环境指标的影响存在一定差异 ，CIDD与DOC浓度分别与DOM组分荧光强度间呈极 显著相关性。综上，不同的规模化猪场废水中养分水平在一定程度上影响着 DOM组成和荧光特性的形成。 关键词 规模化猪场；废水 ；可溶性有机物 ；三维荧光光谱 ；平行因子分析 中图分类号：X5O2 文献标识码 ：A DOI：10．3964／j．issn．1000—0593(2017)02—0577—07 手段，厌氧发酵被广泛地运用于猪场废水的脱氮除磷。研究 引 言 指出，改善废水中碳氮磷比，能够显著提高发酵过程 中COD 和氮磷的去除效率 [2。]。然而，不同猪场间废水物质组成差 随着我国经济社会的不断发展，人们对肉制品需求水平 异较大l4]，可能直接影响有机物的生物降解。据色谱 ／质谱 不断提高，集约化的养殖模式得以迅速发展。据统计，2008 分析发现 ，猪场废水中有机物成分在厌氧发酵过程 中发生明 年我国规模化生猪养殖比例达到56 ，超过散养 比重，2015 显变化，以脂类和烷烃类为主[2]。可见，自然氧化塘 内有机 年底这一比例将达到65 。规模化猪场的不断增加 ，大量养 物的组成特征为猪场废水生物降解作用的直接结果。 殖废水的无序排放和灌溉给周边水体和土壤环境造成严重的 以往的研究集 中于发酵过程中有机物的降解和脱氮除 污染和破坏_1]，极大地限制了农业的可持续发展。 磷，关于猪场 自然氧化塘