蘑菇渣和稻秸堆肥中不同分子量水溶性有机物含量分布和光谱特征

分子量(MW)是影响堆肥溶解性有机物(DOM)化学性质和环境行为等的重要因素,目前关于堆肥DOM的MW分布等认识仍不清晰。以蘑菇渣堆肥(MRC)和水稻秸秆堆肥(RSC)中DOM为研究对象,采用超滤分级技术对堆肥DOM中不同MW组分进行分级定量和化学表征,进而探究不同堆肥DOM中MW组分的分布和光谱特征。DOC结果显示,MRC和RSC中DOM均以>10 kDa的高分子量(HMW)组分组成为主,分别富集有80%和71%的DOC(溶解性有机碳),而中等分子量(5~10 kDa,MMW)和低分子量(<5 kDa,LMW)组分分别占总DOC的12%~15%和9%~15%,表明HMW是决定腐熟堆肥DOM的化学组成和分子结构的关键物质。光谱特征参数(如SUVA_(254)、E_(2)/E_(3)和HIX)结果显示,不同MW的DOM的芳香化程度和腐殖化程度均呈现相同的趋势,即HMW>MMW>LMW;而BIX和FI值则呈现与之相反的分布规律。结果表明堆肥DOM中HMW(高分子组分)组分富集了较多的芳香环等不饱和共轭结构,而MMW和LMW组分具有更高的自生源贡献。三维荧光-平行因子分析结果显示,堆肥DOM及其MW组分主要由3种类腐殖质(C1—C3)和1种类蛋白质(C4)构成。其中,MRC和RSC中的HMW组分均以长波类腐殖酸(C3)组成为主,其含量分别占HMW组分总荧光强度的34%和85%;而两类堆肥中MMW和LMW组分则以类富里酸(C1,41%~53%)和短波类腐殖酸(C2,25%~36%)组成为主。红外光谱(FTIR)结果表明,堆肥DOM中HMW组分含有更多的疏水性苯环结构,而MMW和LMW组分则具有较多的亲水性含氧官能团(如羰基、羧基等)。研究结果促进了对堆肥DOM化学组成和分子结构的认识,为进一步评价堆肥腐熟和稳定化程度及其环境行为等提供了重要的数据参考。

垃圾填埋渗滤液溶解性有机物组分的光谱学特性研究

选取3个不同填埋年限的渗滤液样品,以Leenheer的分组方法为基础,采用XAD-8树脂将渗滤液中的溶解性有机物(DOM)按极性和电荷特性分为结构较为均一的不同组分,用荧光光谱和紫外光谱对其中3个组分进行分析。荧光光谱分析表明,填埋初期,疏水酸性组分(HOA)、疏水中性组分(HON)和亲水性组分(HIM)均以类蛋白物质为主,随着填埋年限增加,其分子复杂化程度增强;其中HOA组分分子量最大、复杂程度最高,同时芳烃化合物的含量也最高,HON居中,HIM组分最小。紫外光谱分析表明,HOA和HON组分芳香环上的取代基均以羰基、羧基、羟基为主;而HIM组分则以脂肪链为主,同时芳香烃化合物含量较低。研究结果表明,随着填埋年限的增加,三种组分的复杂化程度均呈上升趋势。

垃圾渗滤液中溶解性有机物组分的三维荧光特性

运用三维荧光光谱技术研究了垃圾渗滤液中六种DOM组分的荧光特性。结果表明:类富里酸、类色氨酸和腐殖酸类物质是垃圾渗滤液DOM的主要组成,其中大量紫外区类富里酸物质的存在,是导致其可生化性差的主要原因。HOA含有较多紫外区类富里酸和较少可见区类富里酸,HIA正好相反;HIN组分主要包括紫外区和可见区类富里酸;HOB、HIB和HIN三种组分在各区域荧光信号都较强,包括HON组分在内,这四种组分荧光峰位置主要集中在类腐殖酸、紫外区类富里酸及可见区类富里酸三个区域;但不同组分的荧光强度差别较大,HOB和HIB在紫外区类富里酸有较强荧光强度,HIN在紫外区类富里酸、可见区类富里酸区域均有较强荧光强度;与这三者相比,HON在各位置的荧光信号中等;而HOA和HIA的荧光强度相对较弱,说明有机酸类物质的荧光特性较差。

垃圾渗滤液中溶解性有机质研究进展

在垃圾渗滤液原液中,溶解性有机质是总有机质的主要构成部分。溶解性有机质也是造成渗滤液生化处理出水COD较高的主要原因。从溶解性有机质的组成结构、分子量分布、元素组成、可见-紫外光谱和红外光谱特征等方面综述了有关垃圾渗滤液中溶解性有机质的研究进展,并总结了溶解性有机质的理化特性随填埋时间的变化规律。

光催化氧化处理过程中渗滤液溶解性有机物组分的三维荧光光谱变化特征

采用三维荧光光谱分析技术研究了垃圾渗滤液DOM不同组分的光催化转化特征。结果表明,憎水性碱(HOB)、憎水中性(HON)、憎水性酸(HOA)、亲水性酸(HIA)、亲水性碱(HIB)和亲水中性(HIN)组分在光催化处理过程中荧光光谱发生显著变化,HIA组分相对稳定。各组分中代表类腐殖酸区域的荧光信号在处理过程中变化最大,处理60 h后,该区域荧光峰完全消失,说明类腐殖酸类物质能优先发生光催化降解。在72 h光催化处理液中,主要残留可见区富里酸、类色氨酸和类酪氨酸的荧光信号,其中代表类蛋白的类色氨酸和类酪氨酸类物质占主要部分,说明光催化氧化能将大分子的腐殖酸和富里酸降解为小分子的类蛋白物质。

生化-物化法处理渗滤液溶解性有机物光谱特征

为了研究垃圾渗滤液中溶解性有机物(DOM)在生化-物化组合工艺处理过程中的降解特性,采用XAD-8和XAD-4树脂将DOM分成五种组分,并结合紫外和荧光光谱对DOM及其组分降解变化进行探讨.研究表明,组合工艺能有效降低渗滤液中DOM,溶解性有机碳(DOC)去除率达99.64%,其各组分去除率在99.48%～99.73%范围内.渗滤液DOM各组分紫外吸光度的比值E253/E203表现出生化处理后的明显的增长和物化处理后的降低趋势.渗滤液原水DOM以芳香性蛋白类荧光峰最强,生物处理对于蛋白类类荧光物质降解显著,而渗滤液中腐殖酸类荧光物质累积效果明显,ФV,n的总累计增幅达450%;物化处理对腐殖质类物质有明显降解优势,尤其HPO-A和HPO-N组分ФT,n值降低显著.研究结果表明,生化-物化组合工艺能有效去除渗滤液DOM,降低出水组分的复杂化程度.

垃圾渗滤液厌氧降解中溶解性有机物的光谱特性

为探讨渗滤液厌氧降解出水中有机物的构成特点和变化规律,采用XAD-8和XAD-4树脂将溶解性有机物(DOM)依亲疏水性和酸碱性特征分为5种组分,对不同水力停留时间(HRT)下厌氧序批式反应器(ASBR)出水中各组分的含量和特性进行了比较研究.结果表明:ASBR处理渗滤液中溶解性有机碳(DOC)去除率可达53.0%～94.7%;芳香类物质多存在于疏水性组分中,厌氧处理后各组分UV254明显下降,芳香类、羧酸和氨基化合物去除明显;随着HRT的延长,富里酸类荧光物质易在出水中累积而造成累计荧光强度Фi,n增大,而芳香性蛋白及溶解性微生物副产物较之更易降解.可见ASBR能有效降解渗滤液DOM各组分物质.

不同来源有机肥释放的溶解有机质粒径分布与光谱特征

【目的】研究不同来源有机肥释放的溶解有机质(DOM)的粒径分布与光谱特征,为有机肥在农业生产中的应用及DOM后续环境行为的研究提供理论指导。【方法】本研究选择海藻、羊粪、虾肽以及小麦秸秆生物炭4种有机肥,提取有机肥中的DOM (<0.7μm)。利用超滤分级技术对提取的DOM进一步区分为<1 kDa、1~100 kDa、100 kDa~0.2μm和0.2~0.7μm 4个粒级,使用总有机碳(TOC)分析仪测定各粒径DOM的含量并使用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)和三维荧光光谱(3D-EEM)进行光谱表征。【结果】从全量(粒径<0.7μm)溶解有机碳(DOC)来看,小麦秸秆生物炭(308 mg/kg)<虾肽(1060 mg/kg)<海藻(1266 mg/kg)<羊粪(2989 mg/kg)。供试有机肥中不同粒径的DOC所占比例和含量差异明显,均以最小粒径(<1kDa)所占比例最高,除海藻为47%外,其余有机肥处理皆达到50%及以上。4种不同来源有机肥DOM的紫外和荧光特征值表明,4种有机肥的荧光指数(FI)和自生源指数(BIX)随着DOM粒径的减小而增大,而SUVA254、SUVA260和腐殖化指数(HIX)随着DOM粒径的减小而减小。虾肽DOM各粒径的类蛋白组分含量高且主要为内源DOM,自生来源有机质丰富,生物可利用性高;羊粪DOM各粒径受人类活动影响较大;而小麦秸秆生物炭的DOM大粒径(>100 kDa)组分的FI<1.4,表明其大粒径DOM主要为外源性的,自身生产和微生物活动贡献相对较低。此外,尽管海藻、羊粪和虾肽各粒径的DOM的HIX值随着粒径的减小而逐渐减小,除虾肽DOM的<1 kDa组分外,其腐殖化程度依旧较高(HIX>10),而小麦秸秆生物炭小粒径DOM的HIX<4,表明小麦秸秆生物炭的小粒径DOM疏水组分含量高,腐殖化程度相对较低。荧光组分和红外光谱表明了4种不同来源有机肥DOM以类腐殖质物质为主,且含有大量氨基酸N—H键、O—H键和C—O键等官能团。【结论】依据有机肥释放的DOM的粒径分布和光谱特征,海藻、羊粪、虾肽有机肥中的DOM主要以小粒径为主,其腐殖化程度高,蛋白组分含量较低。小麦秸秆生物炭DOM的生物稳定性要高于其他有机肥,生物可利用性较低,因此,施加过量的生物炭不利于微生物对土壤DOM的降解利用;而虾肽来源有机肥的DOM类蛋白组分贡献最大,生物可利用性高,施用虾肽有机肥可能有利于微生物对土壤DOM的降解利用。

腐蚀电池-Fenton处理渗滤液溶解性有机物光谱特征

为了研究垃圾渗滤液中溶解性有机物(DOM)在腐蚀电池-Fenton(CCF)深度处理过程中的去除特性,采用XAD-8和XAD-4树脂将DOM分成5种组分(亲水性有机物HPI、疏水性有机酸HPO-A、过渡亲水性有机酸TPI-A、疏水性中性有机物HPO-N、过渡亲水性中性有机物TPI-N),并用紫外和荧光光谱对各组分的降解变化进行分析.研究表明,CCF能有效降低渗滤液中DOM,溶解性有机碳(DOC)去除率达61.8%,其中HPO-A和HPO-N去除率分别达74.9%和66.5%.处理后出水以HPI为主(占DOC的60.1%).渗滤液中含有大量稠环芳香性有机物和腐殖质类物质,其中HPO-A具有的芳香性最高,紫外吸光度的比值E253/E203遵循HPO-A>HPO-N>TPI-A>TPI-N>HPI的规律.CCF处理能破坏不饱和共轭结构,减少羰基、胺等官能团结构含量.各组分荧光物质以类芳香性蛋白质和紫外区类富里酸荧光为主,经CCF处理后各组分荧光峰强度降低,可见区和紫外区类富里酸物质去除优势尤为明显.结果表明,CCF能有效去除渗滤液中疏水性组分,降低渗滤液出水组分的复杂化程度.