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。     

初始物料组成对堆肥理化、生物和光谱学性质的影响

在中国,厌氧发酵的渣滓——沼渣的主要处理方式是作为有机肥直接施用于土壤,此方式对土壤存在不利影响,本研究采用畜禽粪便与沼渣混和堆肥的方式处理沼渣,可避免传统沼渣处理方式的缺陷,改善土壤质量。初始原料组成对堆肥过程有显著影响。为揭示初始物料组成对堆肥理化、生物和光谱学性质的影响,进行了15组不同物料配比的沼渣、猪粪和鸡粪混合堆肥试验。对堆肥理化和生物指标进行了测定,并采用紫外-可见光谱(UV-Vis)、同步和三维荧光光谱(3D-EEM)结合区域体积积分(FRI)和平行因子分析(PARAFAC)识别特征光谱参数,表征堆肥光谱学特性,采用典型对应分析(CCA)分别建立堆肥理化生物学性质和光谱学性质与初始物料组成的关系。结果显示:堆肥理化、生物学性质和光谱学性质都与初始物料组成有较高相关性,前4个排序轴分别合并解释了83.9%和97.5%的样本总变异。影响堆肥理化、生物学性质和光谱学性质的环境因子排序分别为:猪粪量鸡粪量沼渣量和沼渣量猪粪量鸡粪量。富碳原料有利于堆肥腐熟,高比例富氮原料不会导致堆肥氨氮累积。在沼渣混合物料堆肥中,低比例的沼渣有利于腐殖质形成。对沼渣与畜禽粪便混合堆肥发酵效果的评价应综合考虑理化、生物学指标和光谱学参数。     

三维荧光光谱研究垃圾渗滤液水溶性有机物与汞相互作用

为了研究垃圾填埋过程中渗滤液水溶性有机物(DOM)对重金属配位能力的影响,采用三维荧光光谱、共振瑞利散射、荧光猝灭滴定技术及非线性回归拟合分析,研究了不同填埋年限渗滤液DOM与Hg(II)的相互作用过程.结果表明: Hg(II)与DOM中不同荧光基团配位比接近1: 1,配位过程中没有生成沉淀;不同填埋年限渗滤液DOM中类蛋白物质和类富里酸物质与Hg(II)配位的条件稳定常数分别为4.30～5.70和4.35～4.98;参与配位的荧光基团分别为54.1%～92.3%和35.8%～60.1%.随着填埋年限的增加,类富里酸物质对Hg(II)的配位能力降低,但参与配位的荧光基团的比例增加.渗滤液DOM-Hg(II)配位过程受介质pH值的影响,在酸性和碱性范围内尤为明显.     

抗酸化微生物复合菌系对餐厨垃圾堆肥腐殖质组分光谱学性质的影响

抗酸化微生物复合菌系（AAMC）通过多种耐酸、嗜酸微生物的协同作用，在克服由于酸化抑制导致的餐厨垃圾堆肥发酵崩溃问题方面效果显著，接种AAMC可明显加速有机物质降解。然而生物堆肥存在有机物彻底降解和碳重新固定（形成稳定的腐殖质类物质）两种途径，有机质降解与腐殖质形成具有互动关系，为腐殖质形成提供原材料。为探究接种AAMC对餐厨垃圾堆肥腐殖质品质的影响，采用树脂柱法进行腐殖质分组，分别研究接种AAMC对富里酸、亲水性组分和胡敏酸3个组分分子结构复杂度和稳定性的影响。设接种组（AAMC）、加碱组（MgO和K₂HPO₄）和自然堆肥组3个处理，采用三维荧光技术（EEM）结合两种定量表征方法区域体积积分（FRI）和平行因子分析（PARAFAC），实现对富里酸、亲水性组分和胡敏酸3个组分光谱学性质定量表征的准确性和完整性。FRI结果显示，堆肥结束后3个腐殖质组分中表征简单分子结构组分例如羧基或蛋白源结构区域的P_{i, n}值均降低，接种组降低幅度显著大于对照组，降低幅度大小排序为：接种组＞加碱组＞对照组。表征高芳香度和缩聚程度的胡敏酸类物质区域的P_{i, n}值均上升，且接种组上升幅度显著高于其他两处理，上升幅度排序也为：接种组＞加碱组＞对照组。PARAFAC结果显示，富里酸和胡敏酸组分又可分成短波长胡敏酸、长波长胡敏酸和色氨酸或类蛋白类物质3个组分，亲水性组分又可分为短波长胡敏酸、色氨酸和酪氨酸3个组分。堆肥结束后，表征短波胡敏酸和长波胡敏酸组分的F_max升高，而表征色氨酸等类蛋白类物质组分的F_max降低，升高或降低的幅度接种组最高，显著高于加碱组和对照组。综上结果说明接种AAMC可明显促进腐殖质组分子结构复杂化、稳定化，提高腐殖质组分高芳香度和缩聚程度，改善餐厨垃圾堆肥腐殖质品质，利于施用堆肥土壤保水保肥。这可能与AAMC具有高的小分子有机酸降解、转化能力，可规避酸累积对堆肥微生物活性的抑制导致的堆肥腐殖化效率低的问题密切相关。添加化学缓冲剂也能一定程度促进腐殖质组分稳定化、结构复杂化和提高堆肥腐殖化程度。这可能与堆料pH的改善，使得小分子有机酸可被持续降解和转化，有利于堆肥腐殖化进程有关。     

微生物接种堆肥胡敏酸三维荧光特性研究

为提高堆肥效率,试验采用接种微生物堆肥技术,通过对堆肥样品中胡敏酸三维荧光光谱特性进行动态分析,探讨了微生物接种对堆肥腐殖化进程的影响。在堆肥初期,胡敏酸只产生一个类富里酸荧光峰(peak a,Ex/Em为330/440)。在堆肥的336 h,与对照(RUNck)相比,接种微生物堆肥(RUNmic)胡敏酸三维荧光光谱中类富里酸特征峰(peak a,Ex/Em约为350/440)荧光强度明显减少,而类胡敏酸荧光峰(peak b,Ex/Em约为390/470)强度则略有增加;并且peak a和peak b对应的激发、发射波长均有一定程度的红移。胡敏酸元素分析表明,堆肥336 h,RUNck胡敏酸分子中C/H和O/C依次增加9.68%和10.91%;RUNmic中胡敏酸C/H和O/C依次增加了11.11%和20.37%,表明RUNmic中胡敏酸分子缩合度明显。以上结果证实,接种微生物可明加快堆肥腐殖化进程,进而提高堆肥效率。     

填埋垃圾稳定化进程的光谱学特性表征

采用光谱分析技术,对4个不同填埋年限垃圾提取出的水溶性有机物(DOM)进行了研究,探讨DOM的荧光和紫外光谱变化特征在填埋场稳定度表征中应用的可能性.荧光光谱显示:填埋0年垃圾DOM以类蛋白物质为主,而填埋1,5,10年垃圾DOM以类腐殖质物质为主,并且随着填埋龄的延伸其紫外区和可见光区荧光峰强度的比值r(A,C)及荧光指数f450/500呈下降趋势;DOM的紫外吸收光谱也表明,随着填埋年限的延伸填埋垃圾DOM的分子量增大,腐殖化程度加强,单位水溶性有机物浓度DOM的254 nm紫外吸收值SUVA随着填埋龄呈上升趋势,但DOM在465及665 nm吸光度值的比E4/E6随填埋龄的变化规律不明显.因此,填埋垃圾DOM的r(A,C),f450/500及SUVA值可有效地表征填埋场和填埋垃圾的稳定化进程.     

荧光光谱研究垃圾堆场渗滤液水溶性有机物与汞作用

选取城市生活垃圾堆放场,采集渗滤液样品,对其水溶性有机物(DOM)进行分离提纯.采用荧光光谱分析方法,对DOM与Hg(Ⅱ)的棚互作用过程进行了研究.荧光发射光谱分析表明,渗滤液DOM的组成物质结构简单,对Hg(Ⅱ)的配合能力强,配合Hg(Ⅱ)后表现出的荧光特性足各个荧光基团共同作用的结果.荧光激发光谱分析显示,在DOM与Hg(Ⅱ)的配合过程中,不同来源的-OH和-NH2都参与了配合作用;同步荧光光谱分析表明,Hg(Ⅱ)不仪能产牛荧光猝火效应,而且低浓度的Hg(Ⅱ)与DOM结合后还能使DOM中某些物质的刚性结构增强;三维荧光光谱证实,DOM与Hg(Ⅱ)的配合过秤中,C＝O和-COOH与Hg(Ⅱ)形成了配位键,同时在此过程中,金属能级之问或其与蛋白类物质的能级之间发生了电荷位移跃迁.     

垃圾渗滤液水溶性有机物荧光谱特性研究

选取不同填埋年限的垃圾渗滤液样品,利用荧光检测技术,分析了渗滤液水溶性有机物(DOM)组成变化。DOM荧光同步扫描光谱表明,在填埋的0～5年,结构简单的化合物在较短波长(335,385 nm)的特征峰荧光强度急剧降低,而在5～10年的降低幅度较小。DOM三维荧光光谱显示,填埋0年,垃圾渗滤液DOM产生2个类蛋白荧光峰(Ex/Em=270 nm/355.5 nm和Ex/Em=220 nm/350 nm);而填埋5年后,类蛋白荧光峰消失,形成2个分子结构复杂的类富里酸荧光峰(Ex/Em=330 nm/412.5 nm和Ex/Em=250nm/416.5 nm),表明DOM分子中简单化合物减少,缩合度高的化合物增加。而后随着填埋时间的推移,DOM成分相对稳定,以富里酸类物质为主,但其数量及芳构化程度则呈增加的趋势。以上结果证实,随着填埋年限的增加,DOM分子呈复杂化趋势。     

鸡粪堆肥有机质转化的荧光定量化表征

采用荧光分析技术和数学分析方法,对不同阶段鸡粪堆肥样品提取出的水溶性有机物进行了特征荧光参数定量化表征。结果显示:随着堆肥的进行,类腐殖质荧光峰与类蛋白荧光峰荧光强度的比值I330/I280、465nm激发波长下发射光谱中470～640nm范围内荧光积分面积A470～640及240nm激发波长下发射光谱中后四分之一波段与前四分之一波段的荧光强度积分面积比A435～480nm/A300～345nm均不断增大,表明堆肥腐殖化程度加大。三维荧光光谱显示,随着堆肥的进行类蛋白峰强度不断降低,而类富里酸峰强度不断增大,至堆肥结束类蛋白荧光基本消失;紫外区与可见区类富里酸峰荧光强度的比值r(A,C)随着堆肥的进行总体呈明显下降趋势,但出现了较大波动。相关性分析显示,I330/I280,A470～640及A435～480nm/A300～345nm两两间显著相关,而r(A,C)受其他因素影响较大,与上述3个参数未达到显著相关水平。结果表明,I330/I280,A470～640及A435～480nm/A300～345nm均能有效表征堆肥腐殖化进程。     

介质pH对渗滤液中水溶性有机物荧光光谱特性的影响

采用荧光分析方法,对不同pH条件下3个填埋年限渗滤液中水溶性有机物(DOM)的荧光特性进行了研究。同步荧光光谱表明,填埋1年及10年渗滤液DOM的同步荧光图中各峰的荧光强度pH 4时最强;填埋5年渗滤液DOM在pH 12时荧光强度最强,而pH 4时的荧光强度次之。渗滤液DOM三维荧光光谱表明,填埋1及5年类蛋白峰强度在pH 10达到最大,而填埋10年在pH 8荧光强度最强;可见区类富里酸峰强度在pH=10达到最大值,而紫外区类富里酸峰较强的荧光强度则分别在pH 4和10时;与类富里酸物质相比,类蛋白物质更容易受pH的影响。紫外区类富里酸荧光强度与可见区类富里酸荧光强度比值[r(A,C)]受pH的变化影响较大,因此,当比较不同来源DOM的r(A,C)值时,应使其pH处于同一水平。