Быстрое обнаружение органических веществ на городских очистных сооружениях с использованием флуоресцентной спектроскопии и спектроскопии поглощения в УФ-видимом диапазоне

Распределение и концентрация органических веществ на различных этапах городских очистных сооружений проанализированы с помощью спектроскопии поглощения в УФ-видимом диапазоне и трехмерной флуоресцентной спектроскопии. Шесть компонентов, идентифицированных с помощью матрицы возбуждения-эмиссии и анализа PARAFAC, показали, что компоненты, связанные с триптофаном (компоненты 1, 3 и 6), сильно коррелировали с концентрацией химического потребления кислорода (ХПК) с коэффициентами корреляции Пирсона 0.656, 0.447 и 0.674 соответственно. Анализ параметров флуоресценции и поглощения в УФ-видимой области выявил снижение содержания органических веществ, повышенную гумификацию и переход от экзогенных органических веществ к эндогенным органическим веществам на протяжении всего процесса очистки сточных вод. Индекс гумификации имел самую высокую корреляцию с уровнем ХПК (–0.834). На основе использования методов Монте-Карло, неинформативного исключения переменных и частичных наименьших квадратов для извлечения характерной длины волны из нормализованных спектров флуоресценции и поглощения разработана модель спектрального анализа слияния характеристик ХПК. Результаты показали хорошее соответствие между концентрациями ХПК, полученными с помощью спектрального анализа слияния признаков, и истинными значениями ХПК, полученными с помощью дихромата калия. Коэффициент детерминации между прогнозируемыми значениями ХПК и истинными значениями ХПК в тестовом наборе достиг 0.9725, среднеквадратическая ошибка 10.51 мг/л, остаточное прогностическое отклонение 4.74. Результаты свидетельствуют об эффективности использования спектроскопии поглощения УФ-видимого диапазона и трехмерной флуоресцентной спектроскопии для прямого отслеживания и обнаружения ХПК в процессах очистки сточных вод без какой-либо предварительной обработки.

1. M. Mousazadeh, E. K. Niaragh, M. Usman, S. Khan, M. M. Emamjomeh, Environ. Sci. Poll. Res. Int., 23, 43143–43172 (2021).

2. J. Zhang, Y. Shao, G. Liu, L. Qi, H. Wang, X. Xu, S. Liu, Sci. Rep., 11, 691–702 (2021).

3. A. N. Matheri, F. Ntuli, J. C. Ngila, T. Seodigeng, C. Zvinowanda, Comp. Chem. Eng., 149, 107308 (2021).

4. Ankit, S. K. Singh, J. Univ. Shanghai Sci. Technol., 23, No. 4, 306–316 (2021).

5. M. Ramaganesh, T. R. Pradeesh, S. Naresh, P. Venkumar, R. Manikandan, Mater. Tod. Proc., 46, 8548–8553 (2021).

6. G. Li, Y. Zhou, S. Yang, RSC Adv., 14, 193–205 (2024).

7. A. Sardana, L. Weaver, T. N. Aziz, Environ. Sci.: Process. Impacts, 24, No. 5, 805–824 (2022).

8. B. Waltham, B. Örmeci, J. Water Process Eng., 37, 101395 (2020).

9. W. Moyo, N. Chaukura, M. M. Motsa, T. A. Msagati, T. T. Nkambule, Water SA, 46, No. 1, 131–140 (2020).

10. L. Guan, Y. Tong, J. Li, S. Wu, D. Li, RSC Adv., 9, 11296–11304 (2019).

11. W. X. Ji, Y. C. Tian, A. Li, X. M. Gu, H. F. Sun, M. H. Cai, S. Q. Shen, Y. T. Zuo, W. T. Li, Chemosphere, 308, No. 3, ID 136359 (2022).

12. L. Fu, L. Bin, J. Cui, D. Nyobe, P. Li, S. Huang, F. Fu, B. Tang, Sci. Total Environ., 722, 137895 (2020).

13. T. Dai, L. Wang, T. Li, P. Qiu, J. Wang, H. Song, Environ. Geochem. Health, 45, 6693–6711 (2023).

14. J. Zhang, Y. Shao, H. Wang, G. Liu, L. Qi, X. Xu, S. Liu, Environ. Res., 195, 110843 (2021).

15. J. Bayo, S. Olmos, J. López-Castellanos, Chemosphere, 238, 124593 (2020).

16. Y. Wang, Y. Gao, T. Ye, Y. Hu, C. Yang, Environ. Res., 194, 110709 (2021).

17. J. Lan, L. Liu, X. Wang, X. Wu, Z. Wang, Environ. Sci. Poll. Res., 29, No. 49, 74579–74590 (2022).

18. Y. Y. Yuan, S. T. Wang, S. Y. Liu, Q. Cheng, Z. F. Wang, D. M. Kong, Spectrochim. Acta A, 228, 117801 (2020).

19. P. Cazón, D. Cazón, M. Vázquez, E. Guerra-Rodriguez, Food Packag. Shelf Life, 31, 100791 (2022).

20. M. R. Sururi, M. Dirgawati, S. Notodarmojo, D. Roosmini, P. S. Putra, A. D. Rahman, C. C. Wiguna, Environ. Sci. Poll. Res., 30, 37248–37262 (2022).

21. M. Shigemitsu, K. Sasaoka, M. Wakita, T. Yokokawa, T. Hashioka, K. Arulananthan, A. Murata, Prog. Earth Planet. Sci., 11, No. 1, 22 (2024).

22. Y. Dai, H. Wang, J. Wang, X. Wang, Z. Wang, X. Ge, Spectrochim. Acta A, 273, 121059 (2022).

23. Y. Xiong, W. Yang, H. Liao, Z. Gong, Z. Xu, Y. Du, W. Li, Chemom. Intell. Lab. Syst., 223, 104532 (2022).

24. D. Sun, L. Xie, Y. Zhou, Y. Guo, S. Che, Spectrosc. Spectr. Anal., 41, 2754–2758 (2021).

25. X. Wu, X. Bian, E. Lin, H. Wang, X. Tan, Food Chem., 342, 128245 (2021).

26. F. J. Rodríguez-Vidal, M. García-Valverde, B. Ortega-Azabache, A. González-Martínez, A. BellidoFernández, J. Environ. Manag., 263, 110396 (2020).

27. N. M. Peleato, B. S. Sidhu, R. L. Legge, R. C. Andrews, Chemosphere, 172, 225–233 (2017).

28. U. J. Wünsch, J. K. Geuer, O. J. Lechtenfeld, B. P. Koch, K. R. Murphy, C. A. Stedmon, Mar. Chem., 207, 33–41 (2018).

29. S. Singh, R. K. Henderson, A. Baker, R. M. Stuetz, S. J. Khan, J. Membr. Sci., 421-422, 180–189 (2012).

30. J. Wasswa, N. Mladenov, W. Pearce, Environ. Sci.: Water Res. Technol., 5, No. 2, 370–382 (2019).

31. Y. Li, X. Yuan, Z. Wu, H. Wang, Z. Xiao, Y. Wu, X. Chen, G. Zeng, Chem. Eng. J., 303, 636–645 (2016).

32. X. Bai, W. Liang, J. Sun, C. Zhao, P. Wang, Y. Zhang, J. Environ. Manag., 308, 114527 (2022).

33. Y. Yuan, B. D. Xi, X. S. He, Y. Ma, H. Zhang, D. Li, X. Y. Zhao, Environ. Sci. Poll. Res., 25, 13026–13034 (2018).