腐殖质氧化还原官能团测定新方法

腐殖质是一种主要由碳、氢、氧、氮等元素构成的具有氧化还原活性的有机质,存在丰富的官能团,其中以酚基和羧基含量最为丰富.腐殖质的氧化还原能力与氧化还原官能团的数目和种类有关.一直以来醌基被认为是腐殖质最重要的氧化还原官能团,对于醌基的测定是研究氧化还原官能团的重点.对于腐殖质氧化还原官能团的研究以化学、电化学和微生物等基本方法为主.本文尝试将这些方法与光谱法(如三维荧光光谱法、红外光谱法、核磁共振光谱法和电子自旋共振波谱法)相结合,不仅可以量化腐殖质氧化还原能力,还能对腐殖质氧化还原官能团具体组成有完整的解释,以便全面了解腐殖质的氧化还原官能团和氧化还原活性.     

农村蔬菜废物高温好氧降解协同性及动力学

对太湖流域农村典型蔬菜废物进行了高温好氧降解试验,结果表明,好氧降解d14末有机物降解率大小顺序为:叶菜皮>竹笋壳>叶菜皮 竹笋壳>叶菜皮 茭白壳>茭白壳.对于混合物料,叶菜皮 竹笋壳组有机物降解后期(6~14d)存在非协同降解关系,其主要是由于其难降解组分后期降解存在抑制导致而成;叶菜皮 茭白壳则呈独立降解关系.蔬菜废物高温好氧降解符合一级动力学,降解速率常数在0.036~0.100d-1之间,各不同组物料降解速率大小顺序为:叶菜皮>笋壳>叶菜皮 竹笋壳>叶菜皮 茭白壳>茭白壳.统计分析表明,降解速率与物料纤维素初始浓度相关性最好,指数模型拟和效果最优,可作为蔬菜废物高温好氧降解速率常数的经验公式.图3表6参16     

发酵基质含水率对牛粪好氧堆肥发酵产热的影响

以牛粪和玉米秸秆为原料进行好氧堆肥试验,采用氧弹量热法测定发酵产热量,研究堆肥原料不同初始含水率(物料初始含水率w分别为41%、50%、55%、65%和75%)对发酵产热的影响,以及堆肥过程中有机质损失与产热的关系。结果表明,在堆肥第3天各处理(除初始含水率75%处理)温度均达55℃以上,堆肥各处理均表现为前3 d有机质降解最快,热值损失最多。物料初始含水率为41%～65%时,发酵产热量与物料初始含水率呈显著正相关。初始含水率65%对堆肥最有利,有机质损失和总热值变化最大,有机质损失29.18%,总产热量为2 236 kJ.kg-1,若所产热量全部用于去除水分,可以使堆肥物料水分完全去除。     

采用HRMS结合~(13)C-同位素比值技术探究水环境中新兴污染物的归趋和转化机制

新兴污染物(ECs)释放到水体中能够对野生物种和人群健康构成潜在隐患.天然有机质(NOM)含有羟基、氨基、羧基和醌基等活性官能团,可参与水体中天然酶介导的酶催化氧化腐殖化反应(ECOHRs),并通过自由基耦合机制与ECs形成共价结合产物.该过程不仅降低了ECs的生态毒性,也增加了水体中有机碳、氮储备.然而,如何分析和鉴定ECOHRs中ECs和NOM分子之间形成的共价结合产物已经成为限制研究者阐明ECs在天然水体中迁移和转化机理的瓶颈.本文综述了天然水体中ECs的来源、污染现状、分布特征和生态毒理学效应,明确了ECOHRs对ECs生物有效性和转化行为的影响,重点利用高分辨质谱(HRMS)结合~(13)C-同位素比值技术分析和鉴定了ECs和NOM分子之间形成的共价结合产物.该方法主要通过精确的分子量、同位素标记差值和相对强度比值,从水环境中筛选出ECs和NOM分子之间所有可能存在的共价结合产物,为深入阐明ECs在天然酶介导ECOHRs中的归趋和转化机理提供了理论支持和技术保障.     

城市有机生活垃圾溶胞处理对其厌氧消化的影响机理

由于城市有机生活垃圾成分的复杂性和厌氧消化的限速步骤的影响,导致厌氧发酵的速度比较缓慢、产气量较少和工艺不稳定等问题。文章综述了国内外有机生活垃圾的各种溶胞处理技术,如物理法、化学法、生物法及其联合处理等方法,以便改善发酵物料的性质,消除厌氧发酵的限速步骤。研究认为,通过溶胞处理能够改善有机垃圾的物理化学性质如发酵物料的溶解度、酸碱度等,提高微生物对难降解有机物的分解,增加可溶性COD和挥发性酸的浓度,优化发酵细菌的代谢途径以及产物的组成等,从而增加生物气产量,缩短水力停留时间,强化厌氧发酵过程,减轻了后续处理的负担。     

不同有机物料在潮棕壤中有机碳分解进程

用尼龙网袋法研究了特定年度中，不同月份间有机物料在潮棕壤旱田、水田中有机碳分解速率及C／N变化。结果表明，4种物料(玉米秸和玉米根，水稻秸和水稻根)在潮棕壤地区温度、湿度适宜的前3个月(1999年7—月)迅速分解，之后进入缓慢分解阶段，其中根的分解残留率始终高于秸秆。经计算约有2／3的玉米根和稻根腐解产物残留在土壤里；分解至试验结束。所有物料的C/N比都趋于一致，约在10—13之间，与土壤腐殖质的洲比非常相近，说明这些物料已基本完成其腐殖化过程，而成为较稳定的有机组分、这对增加土壤有机质、培肥土壤非常重要。     

腐殖质氧化还原和电子转移特性研究进展

腐殖质在无氧和有氧条件下都具有一定的氧化还原能力,其氧化还原能力与氧化还原电势有关,而腐殖质的氧化还原电势受芳香度、取代基类型、取代位置等因素影响.除氧化还原能力外,腐殖质还能介导电子转移,其电子转移能力受腐殖质结构和所处环境两大因素影响.水体腐殖酸比土壤和沉积物腐殖酸具有相对较小的电子接受能力(EAC)和较大的提供电子能力(EDC);p H、温度、光照、氧气条件和微生物活动等因素均对腐殖质氧化能力和电子转移能力具有重要影响.腐殖质可以介导重金属和有机污染物的还原降解,不同重金属还原反应效率差异较大,其中Fe(Ⅲ)盐还原速率最高;有机污染物降解速率从大到小为六氯乙烷(HCE)>四氯化碳>三溴甲烷.目前在腐殖质氧化还原特性和电子转移能力研究中还存在诸多不足,需要广大学者做进一步探究.     

有机质官能团及微孔特性对疏水性有机污染物吸附的影响机制

作为重要的地质吸附剂,土壤/沉积物中的有机质是环境中疏水性有机污染物主要的汇.由于有机质的结构异质性,疏水性有机污染物一旦进入其中,会被吸附在不同的位点上,反应活性和生态风险进而会发生变化.对疏水性有机污染物在有机质上的吸附进行研究有助于了解其在环境中的分布,传输及生物有效性.本文就疏水性有机污染物在土壤/沉积物中的有机质上吸附的国内外研究进展进行了综述,讨论了重要有机质组分(腐殖质和碳黑)的结构和吸附作用差异性,重点分析了有机质的微孔特性和官能团对吸附的影响机制.     

腐殖质对BDE209、Pb和Cd在水/沉积物界面吸附行为的影响

水/沉积物界面是有机和无机污染物的物理、化学等过程的重要载体和场所。为了探究溴代阻燃剂与重金属在水/沉积物体系的分布规律,以电子垃圾拆解地水体中常见的溴代阻燃剂十溴联苯醚(BDE209)和重金属Pb、Cd为目标污染物,考察了腐殖质对BDE209、Pb和Cd在水/沉积物界面吸附行为的影响。红外光谱分析表明沉积物腐殖质活性基团包括醇、酚和羧基类等官能团;1H核磁共振分析显示沉积物腐殖质主要由碳水化合物与脂肪族类化合物组成。吸附试验结果表明,水体中腐殖质能够促进沉积物表面BDE209、Pb和Cd的释放,BDE209在水/沉积物体系的吸附行为主要受水溶性腐殖质的影响,而对Pb、Cd而言,负载于沉积物表面的碱溶性腐殖质比水溶性腐殖质对其分配行为的作用更显著。此外,沉积物组分对BDE209在水/沉积物体系的分配行为无显著影响;粘土组分对Pb、Cd的富集能力高于砂粒,并且对Pb的富集能力比Cd更为突出。     

好氧颗粒污泥特性、应用及形成机理研究进展

好氧颗粒污泥因具有良好的沉降性能、较高的生物量、对污染物较高的去除能力,以及在工程应用中占地面积较少和运行成本较低,近年来被广泛关注.本文综述了絮状污泥的颗粒化过程,好氧颗粒污泥形成的影响因素及其物理、化学和生物学特性.研究发现,好氧颗粒污泥在生活污水、高浓度有机废水和富含有毒有害物质的废水处理中均可发挥重要作用,可以高效去除污水中的氮磷污染物、工业废水中的有机物、毒性物质和重金属等.好氧颗粒污泥的形成机理存在4种假说,基于絮状污泥颗粒化过程中形成的胞外聚合物及其助凝作用被普遍认为是好氧颗粒污泥的形成机理.最后进行了问题分析和前景展望,认为突破培养过程相对漫长、培养条件相对严苛技术瓶颈的好氧颗粒污泥技术对废水处理效能的提升具有重要意义.图3参110     

群感效应与信号分子在污泥颗粒化过程中的作用研究进展

好氧颗粒污泥具有良好的沉降性能和较好的污水处理效果等优点.本文综述好氧颗粒污泥的形成过程,重点分析在污泥颗粒化过程中群感效应和细胞信号分子的作用.研究发现,群感效应和细胞信号分子在污泥颗粒化过程中发挥着重要作用,群感效应可以加快污泥胞外聚合物合成和提高微生物表面附着能力,信号分子可以促进微生物分泌胞外聚合物并影响生物膜的形成.举例说明信号分子中的c-di-GMP作为第二信使在污泥颗粒化过程中的重要作用,c-di-GMP可以将细菌从单细胞游走型转变为多细胞黏附型——生物膜状态.投加钙离子会促进能够分泌c-diGMP的菌群生长从而加快好氧颗粒污泥的形成,投加锰离子会减少好氧颗粒污泥中c-di-GMP的含量导致好氧颗粒污泥解体.最后进行前景展望,认为从群感效应和信号分子的角度去解析好氧颗粒污泥形成机理,可为确立好氧颗粒污泥形成机制奠定理论基础,对其进一步的工程化应用具有现实意义.     

富水农业植物废物的易降解性及对其他堆肥植物降解的影响

对富水型农业植物废物和其他典型城市植物固废进行了好氧堆肥实验．结果表明，富水型农业植物废物的有机质降解率最高，达到了69％．富水型农业植物废物和其他植物固废混合堆肥时能明显提高其他植物固废的降解率．富水型农业植物废物和其他典型城市植物固废混合物的质量比为2：1时，最高降解率39．1％．研究发现这与它们的组分有关，富水型农业植物含水率高达80％以上，含有的有机物质主要为易降解的蛋白质、脂肪、纤维和其他碳水化合物，C／N比在10：1～35：1之间．在堆肥物料中加入富水型农业植物废物可使堆肥的腐熟期缩短至20d，最低C／N比为18．5：1．图4表2参21     

酿酒酵母氮代谢物阻遏效应及其对发酵食品安全的影响

综述了国内外发酵食品中氨(胺)类代谢物的研究进展,包括氨基甲酸乙酯的5种形成机制、生物胺和亚硝酸胺的形成机制,阐述了上述生物危害物形成的本质原因——发酵微生物的氮代谢阻遏效应;重点介绍了酿酒酵母胞内5大调控因子(Gln3p、Ure2p、Gat1p、Dal80p和Gzf3p)对其氮源利用的全局调控作用.并以精氨酸和尿素代谢为例,详细介绍了氮代谢阻遏效应的作用机理.酿酒酵母氮代谢物阻遏效应的研究结果,可为解决由于相关含氮有害代谢物积累导致的普遍存在于发酵中的食品安全问题提供理论依据和技术支撑.     

废水生物脱氮中N_2O和NO_x的产生和作用

废水生物脱氮中N2O和NOx来源于硝化、反硝化、厌氧氨氧化和化学反硝化等过程.电子受体和供体浓度、pH、缓冲剂类型、有机负荷、微生物种类及其相互作用等都会影响这些气态中间产物的产生.NO2能够氧化氨和强化好氧和厌氧氨氧化,NO能够阻止C2H2对好氧氨氧化活性的抑制,两者对好氧氨氧化活性的恢复至关重要.所有这些表明,废水生物脱氮的气态中间产物N2O和NOx在氮的生物转化中具有重要的正面作用,甚至必不可少.基于NO2曝气技术和Brocadiaanammoxidans与Nitrosomonas协同作用的废水生物脱氮新技术开发是今后一段时间的重要研究方向.图4参35     

废水生物脱氮中N2O和NOx的产生和作用

废水生物脱氮中N2O和NOx来源于硝化、反硝化、厌氧氨氧化和化学反硝化等过程．电子受体和供体浓度、pH、缓冲剂类型、有机负荷、微生物种类及其相互作用等都会影响这些气态中间产物的产生．NO2能够氧化氨和强化好氧和厌氧氨氧化，NO能够阻止C2H2对好氧氨氧化活性的抑制，两者对好氧氨氧化活性的恢复至关重要．所有这些表明，废水生物脱氮的气态中问产物N2O和NOx在氮的生物转化中具有重要的正面作用，甚至必不可少．基于NO2曝气技术和Brocadia anammoxidans与Nitrosomonas协同作用的废水生物脱氮新技术开发是今后一段时间的重要研究方向．图4参35     

无回流A1/O/A2/VFCW工艺处理农村生活污水的荧光光谱解析

利用三维荧光光谱结合荧光区域积分法(FRI),考察无回流厌氧/好氧/缺氧/垂直潜流人工湿地(NrA_1/O/A_2/VFCW)处理农村生活污水过程中DOM降解机制.结果表明,原水中DOM主要由酪胺酸类蛋白、色氨酸类蛋白、胡敏酸类物质,以及较低含量的富里酸类物质、溶解性微生物代谢产物构成;总荧光标准体积与TOC、UV_(254)呈正相关(R~2=0.93、0.96);在生物-生态耦合法协同作用下,装置有效降解DOM,荧光区域Ⅰ—Ⅴ中的积分标准体积的降解率达到89.0%、77.1%、36.0%、77.5%、59.9%;好氧对生物处理单元DOM的去除贡献最高,荧光区域Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ中物质的相对去除率达到34.7%、23.2%、41.2%,对荧光区域Ⅲ和Ⅴ中的腐殖质类物质降解率为-6.5%、9.2%;生态处理单元由于填料络合作用与植物根系的吸收,有效降解可生化性较弱的富里酸、胡敏酸等腐殖质,相对去除率分别为39.9%、55.8%,弥补了生物单元对腐殖质类物质降解的不足.本研究对于生物-生态法处理农村生活污水机制及工艺设计有一定参考价值.     

焦化废水处理厂活性污泥对硫氰化物的降解机制

用分光光度法和离子色谱法,研究了A/A/O工艺焦化废水处理厂的进出水质和活性污泥对硫氰化物(SCN-)的降解机制.研究结果表明,SCN-主要在A/A/O工艺的好氧单元中降解去除;在常温(25℃)下活性污泥对SCN-降解的动力学过程符合米氏方程,Vmax为11.15 mg SCN-·(g-1MLSS)·h-1,Km为44.96 mg·L-1;15℃低温显著降低SCN-的降解速率;在15℃下,92.62 mg·L-1SCN-能在24 h内完全降解,其中的N和S元素相应地生成了NH3、NO-2和S2-等中间代谢产物,并最终转化为产物NO-3和SO2-4;N和S元素的转化率分别为94.32%和99.08%,基本符合物料守恒定律,说明SCN-中N和S元素在好氧池中可以彻底降解转化NO-3和SO2-4.这些结果对于了解好氧池的功能和提高焦化废水中的SCN-去除率具有重要意义.     

污泥好氧发酵过程中热解特性变化研究

选用脱水污泥和木块进行好氧发酵,采用热重分析仪对污泥好氧发酵过程中不同阶段的污泥进行热重分析,研究不同阶段污泥热解特性的变化,并为探索污泥好氧发酵过程中有机质的变化规律提供参考。结果表明,污泥热解过程可分为4个阶段,分别为:水分析出阶段(T1)、挥发性有机物析出转化阶段(T2)、大分子有机物转化析出阶段(T3)和矿物质分解阶段(T4)。其中挥发性有机物析出转化阶段和大分子有机物转化析出阶段为失重的主要阶段。随着发酵时间的延长,污泥的最大失重率逐渐减小。发酵第1、4、7、10、13、16天,污泥最大失重率分别为51.14%、43.50%、43.18%、39.79%、35.72%、35.46%。当堆体处于升温期时,污泥样品挥发性有机物析出转化阶段及大分子有机物转化析出阶段失重率变化较大,分别减少2.11%和4.13%;堆体温度维持在40℃左右时,污泥样品大分子有机物转化析出阶段失重率变化较大,3 d内减少了4.68%。第13天与第16天污泥样品总失重率仅相差0.22%,好氧发酵在第13天已接近结束。不同发酵阶段污泥样品均以大分子有机物转化析出阶段失重率为最大,挥发性有机物析出转化阶段次之,矿物质分解阶段最小。有机质降解主要发生在发酵第1~4天和第7~10天,其中第1~4天污泥中挥发性有机物和大分子有机物均有显著降解,第7~10天以大分子有机物降解为主。     

腐殖质的光化学降解及其对环境污染物环境行为的影响

腐殖质是地表环境中最重要的有机组分,也是生态环境中最主要的吸光物质之一,对环境污染物的形态、迁移、毒性和生物可利用性有着重要的影响。文章综述了腐殖质的结构特征和光化学降解反应过程和机理,指出腐殖质的光敏化和光化学降解过程对环境污染物的环境行为和归宿有重要的影响。通常,腐殖质的光敏化作用在低质量浓度下,尤其在一定铁离子的协同作用下可促进有机污染物的降解,但高质量浓度的腐殖质由于其本身的吸光作用以及参与自由基的竞争则抑制有机污染物的降解。腐殖质的光化学降解过程降低了环境体系的pH和腐殖质的分子量、破坏了腐殖质的芳环结构、改变了紫外和可见光区域的吸收等,导致其与重金属离子和有机污染物结合能力的下降,造成水体或颗粒态中游离的污染物质量浓度增加,对生态系统将造成更大的危害。目前对腐殖质和环境污染物本身的光化学降解机理已较为清晰,今后应加强对自然水体或土壤系统中腐殖质光化学降解的影响因素,腐殖质光化学降解过程中结构特性的变化机理,以及腐殖质的结构特性与环境污染物结合性质之间的构效关系等方面的研究。特别是随着平流层臭氧空洞的增加,增强了到达地球表面的紫外线强度,研究紫外线增强对腐殖质和有机污染物的降解以及对生态系统的影响可进一步深刻理解太阳光辐射对污染物环境行为和归宿的影响。     

枸杞种植废弃物固态发酵生物饲料条件优化及其微生物群落

枸杞种植废弃物（Lycium barbarum planting waste,LBPW）饲料化是其资源化利用的重要方式之一,也是枸杞种植产业可持续发展的重要环节.发酵是饲料化处理枸杞种植废弃物的核心技术,为提高枸杞种植废弃物的发酵品质和饲用价值,开展固态发酵枸杞种植废弃物为生物饲料的条件优化试验,并探索枸杞种植废弃物发酵产物品质与微生物群落结构之间的联系,以期获得枸杞种植废弃物饲料化技术的关键信息.条件优化试验结果显示,固态发酵枸杞种植废弃物的最佳条件为50%的含水量、25℃的发酵温度、比例为15%的枸杞加工废弃物添加量、80 u/g的纤维素酶添加量,且发酵菌株接种量为3%、酵母菌和乳酸菌的体积比例为3:7,发酵周期为20 d.发酵条件优化后,枸杞种植废弃物发酵产物的品质较未优化前显著提升（P <0.05）.微生物群落分析结果显示,枸杞种植废弃物发酵产物的品质与参与发酵的微生物之间存在密切联系：发酵产物品质好,样品中Lactobacillus丰度高而Devosia丰度低;反之发酵产物品质差,样品中Lactobacillus丰度低而Devosia丰度高.此外,发酵产物的品质越好,发...