生活垃圾堆肥过程腐殖质电子转移能力变化规律与影响因素研究

来源 :中国环境科学研究院 | 被引量 : 4次 | 上传用户:jiesenbone23
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腐殖质物质具有电子转移能力,可作为电子穿梭体从电子供体接受电子然后传递给电子受体,此特性使得腐殖质在自然环境中重金属的转化和难降解有机物的降解中发挥着重要作用。本研究采集不同时期的堆肥样品,提取腐殖质(Humic substances, HS)并纯化分组为胡敏酸(Humic acid, HA)、富里酸(Fulvic acid, FA)和亲水性组分(Hydrophilic Ingredients, Hyl)。通过三价铁还原法对不同时期各个组分有机质进行电子供给能力和电子传递能力的表征并结合光谱学结构表征方法,研究堆肥过程中腐殖质不同组分电子转移能力演变规律,确定影响堆肥有机物电子转移能力的关键因素。结果表明,堆肥腐殖质不同组分电子供给能力变化规律存在差异,随着堆肥过程的进行,HA和HyI电子供给能力的变化规律相似,呈现出先上升后下降的趋势,FA呈现出下降的趋势。生活垃圾堆肥过程中,HA电子供给能力受到其结构组分影响较大,其中与C聚合度、芳香化程度,堆肥腐熟程度、有机质的分子量以及醌基团含量呈正相关,与多链或者长碳链结构呈负相关,HA的电子供给能力还与类胡敏酸组分、可见类富里酸组分比例呈正比,与类蛋白质等小分子组分的含量呈反比;FA分子量越大,其电子供给能力越强,FA组分中的类蛋白物质含量越低,FA的电子供给能力越强;HyI的电子供给能力与醌基团含量成正比,主要与其中的类胡敏酸组分比例呈正相关。堆肥腐殖质与其他天然腐殖质一样具有电子穿梭能力。通过腐殖质介导电子传递的方式所提供的电子量要大于通过微生物直接接触方式向电子受体提供的电子量。由于堆肥电子穿梭能力的表征受到复杂环境的影响,随着堆肥的进行没有明显的变化规律。堆肥腐殖质电子穿梭能力除了受到腐殖质自身结构影响,还受到微生物种类以及电子受体种类的影响。研究发现堆肥腐殖质的电子穿梭总量低于其电子供给总量,与其他天然腐殖质的测定结果不同。堆肥腐殖质与其他天然腐殖质相比,腐殖质结构较简单,稳定性差。传递电子的过程中,堆肥腐殖质可以作为电子穿梭体,促进微生物对重金属的还原,同时还可以作为营养源被微生物利用。本研究表征了堆肥电子转移能力和分析其影响因素,为进一步评价堆肥有机物电子转移能力对重金属价态和生物可利用性的影响提供理论基础,为堆肥产品的安全使用和使用堆肥产品修复受重金属污染土壤提供科学依据。
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