堆肥中亲水性有机物还原容量表征及影响因素研究.pdf

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1、第43卷分析化学(FENXIHUAXUE)研究报告第2期2015年2月ChineseJournalofAnalyticalChemistry218～225DOI110．11895／j．issn．0253-3820．140484堆肥中亲水性有机物还原容量表征及影响因素研究崔东宇何小松席北斗檀文炳袁英，高如泰，(中国环境科学研究院环境基准与风险评估国家重点实验室，北京100012)(中国环境科学研究院地下水与环境系统创新基地，北京100012)摘要还原容量(RC)是衡量水溶性有机物(DOM)还原特性的重要

2、指标。分别取未腐熟和腐熟后筛分的堆肥样品提取DOM并分离亲水性组分(HyI)作为电子供体及电子穿梭体，以3种不同形态的铁作电子受体测定其还原容量。结果表明，对于3种形态的电子受体Fe：(SO)，，Fe(NO)和柠檬酸铁(FeCit)，腐熟筛分后HyI的还原容量值分别为15．88，13．41和51．45mmole一／molC，均大于未腐熟阶段的HyI还原容量值l3．45，11．77和43．16mmole／molC。同时还发现不同电子受体对HyI的还原能力影响明显，FeCit条件下测得的RC值明显高于在F

3、e(SO)和Fe(NO，)，条件下的RC值。而且HyI的微生物还原容量低于本底还原容量。通过紫外一可见光谱特征值(包括SUVA和SUVA：。)、特征值比值(包括：。和A舶／A锄)及面积积分比值分析发现，芳香族、不饱和共轭双键结构、芳化度和有机质分子量都会对HyI氧化还原能力产生影响；结合三维荧光光谱体积积分值及百分比分析发现，类腐殖质(包括类富里酸和类胡敏酸)相对含量是HyI还原容量主要影响因素。本研究为科学表征亲水性组分的氧化还原特性、揭示其在堆肥体系污染物降解转化中的作用提供了科学依据。关键词亲水

4、性组分；还原容量；紫外一可见吸收光谱；三维荧光光谱1引言生活垃圾堆肥化处理是我国目前采取的主要处理方式之一。堆肥过程是一种在微生物作用下发生在水溶相中有机物的转化过程，因此，分析研究溶解性有机物(Dissolvedorganicmatter，DOM)的组成结构及演变对表征有机质的转化和堆肥的稳定性具有重要意义。堆肥DOM通常是操作上的定义，它是指物料经水浸提后，能通过0．45Ixm滤膜、具有不同结构和分子量大小的有机物的连续体或混合体。长期以来，有关DOM的研究集中于吸附与络合属性，重点是它对重金属和

5、有机污染物迁移扩散的影响“J。自2007年Bauer等首次提出了DOM作为氧化还原缓冲剂的概念，DOM的氧化还原属性j逐渐成为研究热点。腐殖质可以分为胡敏酸(Humicacids，HA)、富里酸(Fulvicacids，FA)和亲水性有机物(Hydrophilicorganicmatter，HyI)3种组分J。近年来，关于腐殖质氧化还原能力方面的研究主要集中于腐殖酸'mJ，包括HA和FA等。相关研究表明，腐殖质的氧化还原功能除了来源其所含的醌基和半醌基外J，还有酚羟基H和氨基。同时，腐殖质的芳香性结构

6、和不同电子受体都会对其还原能力产生显著影响。还原容量(Reductioncapacity，RC)是衡量DOM还原能力的重要指标，通过对RC的测定与表征，有助于了解DOM在环境污染化学中的作用。Hyl是典型的非均质性化合物，在不同堆肥时期其结构和性质有所不同¨，对电子受体的还原能力可能产生不同影响；然而能否利用测定的还原容量值客观评价亲水性有机物对污染物的还原转化尚缺乏科学基础。本研究分别选取了不同电子受体，同步测定了堆肥两个不同时期HyI的还原容量，同时结合了光谱学(包括紫外．可见吸收光谱和三维荧光光

7、谱)和统计学(包括方差分析)研究方法，分析了HyI结构对其RC的影响。为科学表征亲水性组分的氧化还原特性、揭示其在堆肥体系中的作用提供理论基础，为进一步有效利用堆肥产物对土壤重金属及有机污染物修复提供科学依据。2014-06-O5收稿；2014-09-22接受本文系国家杰出青年科学基金项目(No．51325804)，中国博士后科学基金第52批面上项目(No．2012M520349)，中央级公益性科研院所基本科研业务专项(No．2012GQ一14)E—mail：hexs82@126．tom第2期崔东宇等

8、：堆肥中亲水性有机物还原容量表征及影响因素研究2192实验部分2．1仪器与试剂使用AnalytikJenaMultiN／C2100型TOC分析仪(德国耶拿公司)测量其DOM浓度，以水溶性有机碳(Dissolvedorganiccarbon，DOC)表示。UNICO一2600A紫外分光光度计(美国尤尼柯公司)。HitachiF-7000型荧光光谱仪(日本Et立公司)。柠檬酸铁(FeCit)、Fe(SO)和Fe(NO)(分析纯，国药集团)。2．2样品制备供试