腐植酸中不同分子量组分与As(Ⅲ)的络合性能

采用超滤方法将腐植酸（HA）分成5个不同分子量组分,利用平衡透析法研究HA中不同分子量组分与As（III）的络合特征和作用机理,计算络合过程的条件分配系数、表观稳定常数.结果表明,腐植酸组分的分子量对HA与As（III）的络合过程有显著的影响,当分子量小于10kDa时,HA与As（III）络合能力明显强于其他条件.其中羧基和酚羟基在HA与砷络合中起重要作用,为主要络合位点.采用Scatchard分析和双位点配体模型对络合结果进行拟合,发现HA中不同分子量组分和As（III）的络合过程中均存在强和弱2种络合位点.     

Fe(II)、Fe(III)对砷与不同分子量腐植酸络合性能的影响

以腐植酸（HA）代表天然有机质,采用平衡透析和超滤的方法研究铁离子（Fe （II）、Fe （III））对不同分子量HA与砷离子（As （V）、As （III））络合作用的影响,并利用红外光谱（FT-IR）表征其络合特征.结果发现,Fe （II）和Fe （III）均能增强HA络合As能力,且对As （V）络合能力的增强作用大于As （III）;pH值显著影响HA络合As能力;溶解性有机碳（DOC）浓度由5mg/L增大到200mg/L,As络合百分比随之增加,此时HA-Fe （III）络合As （III）百分比最大,为24.55%;初始As浓度由10μg/L增加1000μg/L,As络合百分比随之降低,其中HA-Fe （III）络合As （III）百分比最低,为3.11%.相同环境条件下,分子量>100kDa络合As百分比最大,其中HA-Fe （II）络合As （III）的百分比最高为26.43%;分子量小于10kDa的HA络合As百分比明显高于其他分子量的HA.Fe的增强作用主要源于Fe与羧基形成桥梁再与As络合形成三元络合物.     

无机砷与两种典型天然有机质络合行为比较

以毒性较强的无机砷(五价砷iAs~V和三价砷iAs~(III))和环境中常见的天然有机质(NOM)为研究对象,采用平衡透析的方法,研究在pH中性条件下两种无机砷与两种NOM(胡敏酸HA和富里酸FA)的络合平衡时间,并通过对络合态砷占总砷比例的测定以及条件分配系数(D_(om))的测定,对比不同NOM种类、不同无机砷种类及不同比率iAs/DOC(dissolved organic carbon,可溶性有机碳)条件下两者的络合特征,并对相应的络合机理进行探讨.结果表明,无机砷与NOM的络合过程分为快速扩散、慢速扩散和平衡3个阶段;其中iAs~V与两种NOM的络合平衡时间约为48 h,iAs~(III)则在24 h之后基本达到络合平衡状态.两种NOM与iAs~V和iAs~(III)的络合比例随NOM浓度的增高而增加,但由于HA比FA具有更高的分子量和更复杂的分子结构,HA较FA显示出更强的络合能力.由于配位点减少原因,无机砷与两种NOM的络合随iAs/DOC比率上升而呈现出非线性下降趋势,这样非线性的现象与络合点位至少有两种类型有关.     

狐尾藻在不同营养底泥腐解过程中胡敏酸的变化

采用平行因子分析方法,结合紫外吸收光谱、三维荧光光谱以及傅里叶变换红外光谱技术,研究了沉水植物狐尾藻在低、中、高营养底泥腐解过程中胡敏酸（HA）的变化,进一步揭示了不同营养底泥对沉水植物腐解的影响机制.结果表明,底泥营养水平越高,狐尾藻腐解得越快（P<0.05）,释放出更多的溶解性有机碳（DOC）、溶解性总氮（DTN）、溶解性总磷（DTP）和腐殖质;底泥营养程度与HA的疏水性、分子复杂性、分子量大小呈正相关（P<0.05）;荧光鉴别出不同营养底泥HA都含有1种类蛋白质组分C2和2种类富里酸组分C1、C3,且类富里酸组分和类蛋白质组分在不同腐解条件下具有相似的组分特征;不同营养底泥不同时间提取的HA红外图谱较为相似,表明不同腐解条件不同时间提取的HA含有相似的官能团,狐尾藻腐烂高营养底泥组提取的HA含有更多的芳香性物质和有机磷.采用光谱分析法对狐尾藻腐烂分解HA成分的化学结构特征进行系统的研究,可深入了解不同营养底泥对沉水植物腐解的影响机制,为湖泊水环境生态治理和修复提供理论参考.     

两种分子量分级下DOM的组分特征及其生物毒性

分别采用超滤离心管和超滤杯两种方式制备不同分子量的溶解性有机物（DOM）,探究不同的分子量分级方式对获得的DOM组成成分特征及其生物毒性效应的影响,同时判明各组分联合作用方式.DOM分别来源于城市污水厂出水（EfOM）及商品天然腐植酸（SWR-NOM）.结果表明,两种分级方式获得的不同分子量DOM含有相同的荧光峰,腐殖酸类物质是EfOM与SWR-NOM含有的主要荧光类有机质（FDOM）,占FDOM的56%~91%.同种DOM不同分子量组分中FDOM组成相对含量一致.采用超滤离心管分级得到的DOM在不同分子量区间内SUVA₂₅₄和E2/E3的差异较大,而采用超滤杯分级时差异变化较小.对于发光细菌急性毒性,在同一分子量区间内,采用超滤杯分级获得的DOM组分检测到的发光细菌毒性值大于采用超滤离心管分级检测到的结果,但采用超滤杯分级时<1kDa组分的急性毒性效应值低于检测限.利用浓度加和模型（CA）对DOM中各组分的联合作用方式进行判断,发现DOM混合物的联合毒性符合CA模型,预测联合毒性效应占检测到的实际水样毒性的67%~104%.     

牛粪发酵沼液DOM与Fe (III)离子络合机制研究

采用荧光光谱、红外光谱、平行因子（PARAFAC）分析及二维相关光谱（2D-COS）分析来解释Fe （III）与牛粪发酵DOM的络合异质性及机制.结果表明,PAFAFAC能够识别6个荧光组分,包括类蛋白（C2）、类富里酸（C1）、类腐殖酸（C4、C5）、类蛋白与类富里酸和类腐殖酸结合的荧光组分（C3、C6）.2D-SYS-COS分析仅能识别类蛋白和类富里酸荧光物质,DOM中类蛋白荧光为主要的荧光组分.2D-COS分析表明,在334nm处的类富里酸荧光组分优先与Fe （III）离子发生络合作用,络合次序为334nm→306nm.DOM中能够优先与Fe （III）发生络合作用的为仲铵盐-NH₂基团,各官能团组分与Fe （III）发生络合作用次序为2265→2771→1528→1310→1805→1479cm^-1.双对数模型计算结果表明牛粪发酵沼液DOM能够与Fe （III）形成高化学稳定性的络合物,其络合常数在4.34~7.03之间,研究结果能够为沼液施用土壤金属离子的形态分布和迁移转化提供理论指导.     

原位载铁中孔活性炭吸附As和天然有机物效能

采用配煤、原位浸渍和两步活化法制备了4种原位载铁活性炭（FGL1/2/3/4）,并以空白炭C-GL为基础的表面铁浸渍后改性炭（Fe-GL-2/3/4）为对照,研究了原位载铁炭对水中As和腐植酸（HA）的同步吸附效能.结果表明,炭化料原位载铁促进了比表面积（S_BET）和中孔结构的发育.其中,原位载铁炭FCL4（载铁量6.51%）在45Å~480Å的范围内的中孔容积（V_mes）比C-GL增加了0.1146cm³/g;而后改性载铁则造成S_BET和V_mes的显著降低.原位载铁同时促进了表面碱度的增加,保证了中性条件下更好的As离子吸附能力;FCL4对As（Ⅲ）和As（V）的Langmuir最大吸附量（L-Q_max）分别达到2.566和2.825mg/g.原位载铁炭进一步发育的中孔结构促进了对HA（<10mg DOC/L）的吸附效能,FGL4对HA的Langmuir最大吸附量（Q_HA）达到46.25mg DOC/g.As-HA共存体系内FGL4对各组分的吸附容量有所降低,但As（Ⅲ）和As（V）的吸附容量仍达到2.325和2.675mg/g.     

砷氧化菌对胡敏酸络合As (Ⅲ)的氧化作用

土壤砷与土壤微生物相互作用是土壤砷形态转化中需要重点关注的内容之一.为了研究砷氧化菌对胡敏酸络合三价砷[HA-As(Ⅲ)]的作用,设置了不同p H值反应体系,研究砷氧化菌HN-2对HA-As(Ⅲ)作用下,砷的形态变化及其在固液两相中的分配.结果表明,在HA与As(Ⅲ)络合过程中,HA可以将一部分游离态As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ).其中,在p H=7的体系中,As(Ⅲ)被HN-2和HA氧化成As(Ⅴ)的效率最高.在含有砷氧化菌株和不含砷氧化菌株的体系中,0~10 h振荡过程中,HA-As材料均可以释放一部分As(Ⅲ)及As(Ⅴ)进入液相中,同时砷氧化菌可以快速地将As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ),而胡敏酸可以较缓慢地将As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ);反应10~24 h期间,HN-2砷氧化菌可以将络合态HA-As(Ⅲ)转化为游离态As(Ⅲ)并氧化为As(Ⅴ);48 h后反应逐渐达到平衡.固相同步辐射结果可以进一步证明HN-2砷氧化菌对络合态As(Ⅲ)的释放及氧化作用.     

共生细菌对盐生小球藻亚砷酸盐代谢的影响

为探讨共生细菌对盐生小球藻（Chlorella salina）亚砷酸盐（As（III））富集和形态转化的影响,从C.salina培养液中分离培养出一株共生细菌,并采用抗生素处理C.salina获得无菌藻,设置0,75,150,300,750 μg/LAs（III）溶液处理带菌和无菌的C.salina,7d后测定C.salina对As（III）的吸收、吸附和富集量,以及培养液和藻细胞内As的形态,计算带菌和无菌C.salina对As（III）的氧化率和去除率;使用不同浓度的As（III）处理共生细菌7d,并以300μg/L的As（III）处理共生细菌不同时间,计算两种情况下共生细菌对培养液中As（III）的氧化率和去除率.结果表明：C.salina的共生细菌为根癌农杆菌（Agrobacterium tumefaciens WB-1）;与无菌C.salina相比,带菌C.salina生长更快、对As（III）的耐性更强.带菌C.salina对As（III）的富集量为103.10~448.12mg/kg、氧化率为78.93%~96.88%、去除率为18.92%~55.21%,显著高于无菌C.salina的富集量（11.68~91.39mg/kg）、氧化率（14.46%~26.39%）和去除率（12.82%~29.15%）,也高于A.tumefaciens WB-1对As（III）的氧化率（4.51%~30.61%）和去除率（1.86%~16.19%）.此外,带菌C.salina胞内还检测到少量的As（III）和甲基砷,而在无菌C.salina胞内没有甲基砷存在.共生细菌促进了盐生小球藻对As（III）的富集和形态转化.     

纳米零价铁颗粒去除As(III)和As(V)的动力学过程及性能研究

本研究系统分析了不同初始砷浓度和不同nZVI投加量等条件下,nZVI去除As（III）和As（V）的动力学过程和除砷性能.结果表明,nZVI可快速有效地去除As（III）和As（V）,除砷过程均符合准二级动力学模型,且As（III）的去除速率明显快于As（V）.在砷浓度为5 mg·L^-1时,As（III）去除速率常数达最大值0.30 g·mg^-1·min^-1,为As（V）去除速率（0.034 g·mg^-1·min^-1）的8.8倍.Weber-Morris粒子内扩散模型拟合结果表明,nZVI除砷速率是由外扩散和颗粒内扩散共同控制的.分析反应平衡时砷浓度测定结果,发现不同砷浓度条件下nZVI对As（III）的去除量为As（V）的1.5~2.6倍,nZVI对砷的去除量随初始砷浓度增加而降低,随nZVI投加量增加而增加.砷浓度为50.0 mg·L^-1时,As（III）和As（V）去除量达到最高,分别为152.14 mg·g^-1和62.02 mg·g^-1,均高于传统（羟基）氧化铁对As（III）和As（V）的去除量.因此,nZVI可高效去除水中As（III）和As（V）,且用于修复以As（III）污染为主的地下水更具有优势.     

DOM不同相对分子质量组分在无机矿物上的吸附及其对卡马西平吸附的影响实验

为探究溶解性有机质(DOM)不同相对分子质量组分在矿物质上的吸附特征及其与药物和个人护理品(PPCPs)类污染物的结合作用对两者吸附过程的影响,以卡马西平作为目标污染物,用商用腐殖酸制备DOM,以石英砂代表无机矿物,开展吸附实验,并采用透析实验和红外光谱表征等手段,探讨了不同相对分子质量腐殖酸(HA)的结构特征及其与卡马西平(CBZ)的结合作用对HA或CBZ在固相介质上吸附作用的差异及产生机制.结果表明,大分子量HA有更多的羟基、芳香烃和脂肪烃,以疏水物质为主;而小分子量HA有更多的醇和羧基,以亲水物质为主.HA与CBZ的结合主要通过CBZ的氨基与小分子量HA中极性官能团的结合,以及CBZ疏水基团与大分子量HA中脂肪族与芳香族的疏水作用.CBZ与HA之间的相互作用对腐殖酸或卡马西平的吸附产生明显差异.当CBZ不存在时,石英砂主要通过疏水作用结合HA中疏水性大分子或与HA的羟基、羧基等发生交换配位反应,且石英砂更倾向于吸附HA中的脂肪性及疏水性大分子组分.当CBZ存在时,石英砂转而吸附HA中的小分子量部分,且HA在石英砂上的最大吸附量减小.当HA不存在时,CBZ可通过疏水作用,范德华力和极性相互作用使其在石英砂上有一定量的吸附.加入HA后,石英砂吸附增加的CBZ归因于部分HA分子与CBZ结合后共吸附或累积吸附于石英砂上.     

Removal of arsenate with hydrous ferric oxide coprecipitation：Effect of humic acid

Insights from the adverse effect of humic acid(HA) on arsenate removal with hydrous ferric oxide(HFO) coprecipitation can further our understanding of the fate of As(V) in water treatment process. The motivation of our study is to explore the competitive adsorption mechanisms of humic acid and As(V) on HFO on the molecular scale. Multiple complementary techniques were used including macroscopic adsorption experiments, surface enhanced Raman scattering(SERS), extended X-ray absorption fine structure(EXAFS) spectroscopy, flow-cell attenuated total reflectance Fourier transform infrared(ATR-FTIR) measurement, and charge distribution multisite complexation(CDMUSIC) modeling. The As(V) removal efficiency was reduced from over 95% to about 10% with the increasing HA concentration to 25 times of As(V) mass concentration. The SERS analysis excluded the HA-As(V) complex formation. The EXAFS results indicate that As(V) formed bidentate binuclear surface complexes in the presence of HA as evidenced by an As-Fe distance of 3.26–3.31 ?. The in situ ATR-FTIR measurements show that As(V) replaces surface hydroxyl groups and forms innersphere complex. High concentrations of HA may physically block the surface sites and inhibit the As(V) access. The adsorption of As(V) and HA decreased the point of zero charge of HFO from 7.8 to 5.8 and 6.3, respectively. The CD-MUSIC model described the zeta potential curves and adsorption edges of As(V) and HA reasonably well.     

高DOM渗滤液厌氧-好氧-混凝处理工艺

采用厌氧-好氧-混凝工艺,对垃圾焚烧厂高DOM渗滤液进行处理,当进水ρ(COD_Cr)平均值为10 800 mg/L时,出水ρ(COD_Cr)平均值可达208 mg/L;同时,着重针对各工艺单元出水DOM不同分子质量分布区间的ρ(COD_Cr)以及DOM组成成分的变化进行了研究.结果表明:该处理工艺对DOM分子质量＜50 ku的有机物去除率均可达到94.7%以上,而对分子质量＜2 ku的有机物的去除率可达99.0%;对渗滤液DOM组成成分〔腐殖酸(HA)、富里酸(FA)和亲水性有机质(HyI)〕的去除率均达到90.0%以上,表明该组合工艺用于处理垃圾焚烧厂渗滤液是可行的.      

Effect of molecular weight of dissolved organic matter on toxicity and bioavailability of copper to lettuce

To clarify the e ects of molecular weight of dissolved organic matter (DOM) on the toxicity and bioavailability of copper (Cu) to plants, DOM extracted from chicken manure was ultra-filtered into four fractions according to their molecular weights by means of sequential-stage ultrafiltration technique. Lettuce seeds were germinated by being exposed to the solutions containing Cu2+ with or without di erent fractions of DOM. The concentration of copper in roots, leaves, sprouts and the length of roots were investigated. The results showed that not all fractions of DOM could improve copper availability or toxicity. The fraction of DOM with larger molecular weight more than 1 kDa had higher complexation stability with Cu2+ and caused lower concentration of free Cu2+ ion in the solution of copper plus the fraction, resulting in lower availability and toxicity of copper to lettuce, but the fraction with molecular weight less than 1 kDa had the opposite function. Therefore, the molecular weight of 1 kDa may be the division point to determine DOM to increase or decrease copper availability and toxicity.     

Heavy metals in rice and garden vegetables and their potential health risks to inhabitants in the vicinity of an industrial zone in Jiangsu, China

Contamination of soil and agricultural products by heavy metals resulting from rapid industrial development has caused major concern. In this study, we investigated heavy metal (Cu, Zn, Pb, Cr, Hg and Cd) concentrations in rice and garden vegetables, as well as in cultivated soils, in a rural-industrial developed region in southern Jiangsu, China, and estimated the potential health risks of metals to the inhabitants via consumption of locally produced rice and garden vegetables. A questionnaire-based survey on dietary consumption rates of foodstuffs showed that rice and vegetables accounted for 64% of total foodstuffs consumed, and over 60% of rice and vegetables were grown in the local region. Average concentrations of Cr, Cu, Zn, Cd, Hg and Pb were 0.75, 2.64, 12.00, 0.014, 0.006 and 0.054 mg/kg dw (dry weight) in rice and were 0.67, 1.18, 4.34, 0.011, 0.002 and 0.058 mg/kg fw (fresh weight) in garden vegetables, respectively. These values were all below the maximum allowable concentration in food in China except for Cr in vegetables. Leafy vegetables had higher metal concentrations than solanaceae vegetables. Average daily intake of Cr, Cu, Zn, Cd, Hg and Pb through the consumption of rice and garden vegetables were 5.66, 16.90, 74.21, 0.10, 0.04 and 0.43 μg/(kg·day), respectively. Although Hazard Quotient values of individual metals were all lower than 1, when all six metal intakes via self-planted rice and garden vegetables were combined, the Hazard Index value was close to 1. Potential health risks from exposure to heavy metals in self-planted rice and garden vegetables need more attention.     

Adsorption of humic acid from aqueous solution on bilayer hexadecyltrimethyl ammonium bromide-modified zeolite

Surfactant-modified natural zeolites (SMNZ) with different coverage types were prepared by loading hexadecyltrimethyl ammonium bromide (HTAB) onto the surface of a natural zeolite. The adsorption behavior of humic acid (HA) on SMNZ was investigated. Results indicate that the adsorbent SMNZ exhibited a higher affinity toward HA than the natural zeolite. HA removal efficiency by SMNZ increased with HTAB loading. Coexisting Ca²⁺ in solution favored HA adsorption onto SMNZ. Adsorption capacity decreased with an increasing solution pH. For typical SMNZ with bilayer HTAB coverage, HA adsorption process is well described by a pseudo-second-order kinetic model. The experimental isotherm data fitted well with the Langmuir model. Calculated maximum HA adsorption capacities for SMNZ with bilayer HTAB coverage at pH 5.5 and 7.5 were 63 and 41 mg·g⁻¹, respectively. E2/E3 (absorbance at 250 nm to that at 365 nm) and E4/E6 (absorbance at 465 nm to that at 665 nm) ratios of the residual HA in solution were lower than that of the original HA solution. This indicates that the HA fractions with high polar functional groups, low molecular weight (MW), and aromaticity had a stronger tendency for adsorption onto SMNZ with bilayer HTAB coverage. Results show that HTAB-modified natural zeolite is a promising adsorbent for removal of HA from aqueous solution.     

Sb(Ⅲ)与腐殖酸络合特征

采用平衡透析法和D_om(浓度分配系数)研究土壤提取的HA(腐殖酸)与Sb(Ⅲ)的络合特征及作用机理. 结果表明:在Sb(Ⅲ)与HA络合过程中,4h左右透析管内外ρ〔Sb(Ⅲ)〕达到物理平衡,72h左右达到络合平衡状态. 当pH为4.0时,D_om最大达7.33L/g,Sb(Ⅲ)与HA络合能力最强;当pH为2.0~4.0时,Sb(Ⅲ)与HA的络合能力几乎不受pH影响;当pH为5.0~8.0时,Sb(Ⅲ)与HA的络合能力随着pH的增大而显著减小;当pH为4.0时,Sb(Ⅲ)与HA之间的络合能力随着HA溶液中ρ(DOC)的增加而加强. 红外光谱表征反应物的研究结果证明,HA与Sb(Ⅲ)的结合点主要发生在羧基和酚羟基之间.      

腈纶废水溶解性有机物的分级解析及可生化性

采用超滤膜法将腈纶废水中溶解性有机物分离为6个不同相对分子质量组分,分析不同组分的溶解性有机碳、UV₂₅₄、SUVA含量和分布情况,应用紫外吸收光谱、傅里叶变换红外光谱等光谱学分析方法对各组分物质结构进行定性分析,评价各组分的可生化性.结果表明废水中以相对分子质量< 3kDa的有机物为主,占比为（56.75±1.38）%;相对分子质量为3k~10kDa的有机物占比为（25.76±1.40）%;相对分子质量> 10kDa的有机物占比为（17.49±0.98）%,且该组分有机物的芳香度高.不同相对分子质量组分的紫外光谱和红外光谱均呈现相似吸收峰,均存在酰基、羧基、羰基及芳香族化合物和不饱和双键类有机物.各组分可生化性结果表明,废水中相对分子质量> 10kDa有机物是腈纶废水低可生化性的主要原因,可能是造成腈纶废水难以达标排放的根源.研究结果可为该废水处理工艺的开发与优化提供重要的指导.