水溶性有机物的电子穿梭功能研究

以源于污泥的DOM(dissolved organic matter)为供试材料,以中国希瓦氏菌(Shewanella cinica)D14T为电子转移驱动力,研究了DOM的氧化还原性能与电子穿梭功能.结果表明,污泥DOM可作为末端电子受体接受醌还原菌D14T呼吸链上的电子,从而转变为还原态DOM,而还原态DOM可将电子再次转移给Fe(Ⅲ).经D14T还原后,DOM电子供给量(e-/C)由初始2.2~14μmol.g-1增加到253~347μmol.g-1.循环伏安法与多次还原-氧化循环实验表明,DOM呈现2对明显的氧化还原峰,经3次还原-氧化循环后电子供给量可稳定维持在150~250μmol.g-1之间,说明DOM具有重复利用、反复转移电子的特性.在菌株D14T还原水铁矿的体系中,加入DOM可提高水铁矿的还原溶解速率,其原因是DOM在D14T与水铁矿之间充当了电子穿梭体的角色.这些结果反映了DOM在电子转移反应中的重要性,为DOM的环境属性提出了一个新见解.     

间歇通风对污泥好氧堆肥过程中腐殖质电子转移能力的影响

选取连续通风和间歇通风两种不同的供氧方式进行好氧堆肥,分析污泥堆肥腐殖质富里酸(FA)和胡敏酸(HA)光谱特征和还原容量不同时期的变化.结果表明:与连续通风处理相比,间歇通风处理促进了类蛋白质的分解和类腐殖质的形成,增加了电子转移能力;间歇通风FA的本底还原容量(NRC)、化学还原容量(CRC)提高了194.33,127.97μmol e^-/(g C),HA的NRC、CRC提高了168.26,203.81μmol e^-/(g C).相关性分析和主成分结果显示,C3、C4是FA电子转移能力主要控制因子,而SUVA₂₅₄、SUVA₂₈₀是HA的电子转移能力主要控制因子.     

填埋初期水溶性有机物结构受电子转移的影响

采集填埋初期的生活垃圾并提取DOM,以希瓦氏菌MR-1和柠檬酸铁(FeCit)分别作为电子供体和电子受体,利用三维荧光光谱(EEM)结合平行因子分析(PARAFAC)对电子转移前后DOM结构变化进行解析,以期揭示DOM电子转移对其结构的影响.PARAFAC模型揭示DOM由4个荧光组分组成,组分1(类色氨酸)和组分3(类酪氨酸)为类蛋白物质且其是DOM荧光的主要贡献成分,组分2(类富里酸)和组分4(类胡敏酸)为类腐殖质物质.类蛋白物质的荧光增强效应源于结构上含氮的杂环结构被破坏,疏水性增强.类腐殖质物质得到电子后其结构上的部分羰基变为醇基,荧光强度增加,且其荧光增加幅度在填埋过程中呈降低的趋势.类蛋白物质具有供电子能力,但其失去电子后结构改变荧光完全被猝灭.类腐殖质物质同样是DOM具有供电子能力的功能性组分且其荧光猝灭幅度受控于其结构上羧基和酚基等供电子基团的含量.类蛋白物质失去电子后不能重新被微生物还原返回原态,类腐殖质物质部分基团具有循环氧化还原能力,DOM的电子穿梭能力源于类腐殖质物质且随填埋的进行不断增强.     

丰水期渤海湾水体中DOM的分布特征及来源

为了解丰水期渤海湾水体中污染物的来源,采用三维荧光光谱和紫外光谱,结合平行分子模型和相关性分析研究了渤海湾水体中DOM（溶解性有机质）的分布特征和来源,以期间接了解其他污染物的来源.结果表明：渤海湾水体DOM对荧光强度贡献率表现为近岸海域高,而远离海岸的海域低.DOM荧光光谱主要有高激发光色氨酸（S峰）、低激发光色氨酸（T峰）、类腐殖酸（A峰）和类富里酸（C峰）这四类荧光峰,类蛋白类荧光峰（S峰和T峰）在研究海域北部荧光强度贡献率较高,类腐殖质类（A峰和C峰）呈现近海岸高、远离海岸低的特征;渤海湾和入海河流荧光指数（FI）均在1.4左右,说明类腐殖质主要受到外源影响,大部分显示出强腐殖质化特征（HIX >3.0）,只有子研究区北部区域由于藻类暴发显示出强自生源特征（BIX >1.0）.紫外特征吸收波长结果显示渤海湾近岸海域类富里酸和类腐殖酸对紫外吸收系数的贡献率（20.18±4.04）%显著低于入海河流中的类富里酸和类腐殖酸贡献率（26.43±3.85）%,可能是由于入海河流输入DOM受到了海水盐度作用,高盐度海水会使DOM产生絮凝作用,随着悬浮物汇入海底沉积物中,使DOM中类富里酸和类腐殖酸对紫外吸收系数的贡献率降低.整体上渤海湾水体中DOM在丰水期受到外源河流输入影响较为显著,应加强对外源输入河流污染物的控制和管理.     

同温混合初期主库区沉积物间隙水DOM的光谱特征——以周村水库为例

运用紫外-可见光谱技术以及结合平行因子分析法的三维荧光光谱（EEM-PARAFAC）技术,对周村水库秋末同温混合初期的沉积物间隙水中溶解性有机物（DOM）的光谱特征进行分析.结果表明：周村水库沉积物间隙水DOM的紫外-可见吸收光谱并无明显特征峰,吸收系数的变异系数在50%~330%之间,表明其性质在不同深度上存在差异;E2/E3、E3/E4随深度增加,说明富里酸所占DOM的比例随沉积物深度增加而升高;三维荧光光谱中分离了4个组分,分别为类富里酸（C1、C2）、类蛋白（C3）和类腐殖酸（C4）;类蛋白（C3）与类腐殖酸（C4）具有显著的相关性（P<0.01,R=0.905）;DOM总荧光强度以及各组分荧光强度随着沉积物深度的增加均呈下降趋势,但DOM中腐殖质所占比例随深度逐渐增加,各样点间各荧光组分的荧光强度与组分比例差异显著;水库沉积物间隙水的高FI（1.8~2.0）和BIX（>1.0）,以及低HIX（<4.0）的荧光特征指数,说明不同深度DOM的腐殖化程度低,均来源于微生物作用.     

周村水库主库区水体热分层形成过程中沉积物间隙水DOM的光谱演变特征

运用三维荧光光谱(EEMs)技术结合平行因子分析法(PARAFAC)以及紫外-可见光谱技术,对周村水库热分层形成过程中沉积物间隙水中溶解性有机物(DOM)的垂向分布及光谱特性进行分析.结果表明:周村水库沉积物间隙水DOM的紫外-可见吸收光谱吸收系数的变异系数在-400%~400%之间,表明其性质在不同深度上存在差异; E2/E3变化说明随着热分层的形成,富里酸所占DOM的比例也随之升高; E3/E4 3. 5以及SR 1表明DOM为生物源,以富里酸为主;荧光光谱中出现了类富里酸峰(C1、C3)、类蛋白峰(C2、C5)和类腐殖酸峰(C4、C6);类富里酸以及类蛋白是DOM的主要构成组分; DOM总荧光强度、各组分荧光强度随着热分层形成过程呈下降趋势,垂向间和采样点的分布差异明显;热分层形成过程中水库沉积物间隙水的高BIX、FI、β:α以及低HIX,表明沉积物间隙水DOM以生物活动的内源为主,具有低腐殖化,强自生源特征.     

翻堆对好氧堆肥腐殖质电子转移能力的影响

开展了连续通风和翻堆两种典型的通风方式进行污泥好氧堆肥,通过分析堆肥腐殖质中富里酸（FA）和胡敏酸（HA）的光谱特征以及本底/化学还原容量（NRC/CRC）的时态变化,研究其对污泥好氧堆肥过程中富里酸（FA）和胡敏酸（HA）的形成和电子转移能力（ETCs）的影响.结果表明：与翻堆处理相比,连续通风处理促进了堆肥FA和HA中类蛋白质组分的减少和类腐殖质组分的增加,强化了高温期和腐熟期FA的电子转移能力（CRC分别增加了176.55和123.24μmol e-/gC）,但降低了HA和升温期FA的电子转移能力（CRC分别降低了246.47和116.13μmol e-/gC）.相关性分析表明,影响污泥堆肥腐殖质电子转移能力的主要因素为pH值、SUVA₂₅₄、SUVA₂₉₀和类蛋白质组分,翻堆处理促进了类腐殖质组分对腐殖质电子转移能力的影响.     

不同面源强度影响下城市河流溶解性有机质光谱特征变化

采用紫外-可见吸收光谱（UV-vis）和三维荧光光谱结合平行因子法（EEMs-PARAFAC）研究两条面源输入强度不同的城市河流春夏两季水体中溶解性有机质（DOM）含量和组成变化.结果表明,两条河流夏季水体DOM腐殖化程度和相对分子质量均显著高于春季（P<0.01）. PARAFAC模型共解析出C1（UVC类富里酸）、 C2（类色氨酸）、 C3（类胡敏酸）和C4（UVA类富里酸）这4个化学组分,C1[（31±6）%]和C2[（31±4）%]为水体DOM中主要荧光组分.高面源输入水平的河流春季各组分荧光强度均低于夏季,而低面源输入水平的河流与之相反.随机森林回归模型表明,C3%对河流水质变化敏感度最高（R²=0.75,P<0.001）,具有很好的指示作用;水面覆盖率（Cover）对C4%有显著预测重要性（P<0.001）, C4%易受光化学氧化作用影响.主成分分析（PCA）和Adonis检验表明,氮和磷为水体自生源过程的重要推动力,面源输入强度和季节变化对城市河流水体状况有显著影响（R²=0.775,P<0.001）.城...     

不同制备温度的水稻生物炭电子交换能力研究

为探究不同热解温度下生物炭的电子交换能力,通过限氧升温炭化法,利用水稻秸秆在不同热解温度条件下制备生物炭,与氧气、铁氰化钾氧化剂和柠檬酸钛还原剂进行氧化还原反应,对生物炭的得电子能力（EAC）和失电子能力（EDC）进行定量分析.结果显示,热解温度对生物炭的电子交换能力有较大影响,随热解温度升高至500℃时,生物炭的EAC和EDC达到最大,分别为3.86,1.72mmol/g高于500℃后,随着温度的增加,EAC和EDC逐渐减小,这是由于生物炭的醌类和酚类官能团的结构改变以及持久性自由基强度变化的联合作用.此外,柠檬酸钛和连二硫酸钠两种氧化还原电位不同的还原剂进一步证实了还原剂电位对生物炭EAC的影响.且生物炭具有氧化还原的可逆性,可逆的EAC与EDC之和近似等于生物炭的电子储存能力.     

嵌入式碳纳米管电极差分脉冲伏安法测定湖泊沉积物中铅

制备嵌入式多壁碳纳米管修饰石墨电极（ESCFE）,利用循环伏安法研究铅（Pb）的电化学行为及反应机理,结果表明,铅在修饰电极表面出现了一对明显的准可逆的氧化还原峰,发生了2质子的电化学氧化反应。用差分脉冲伏安法研究了铅离子浓度与其峰电流的线性关系,线性范围为1．8×10^-7～1．0×10^-5g／L,线性方程为：ipa（μA）=0．12＋1．471c×10^6（g/L）,r=0．9999,检出限为6．0×10^-8g／L,RSD％为1．015（n=5）。利用本法对湖泊沉积物中铅进行测定,样品铅含量：0．218～0．6317mg／kg,RSD：3．3％～6．2％,加标回收率：94．3％-106．6％。     

猪粪堆肥过程中腐殖酸电子转移机制及光谱演化特征

3D-EEM),探究了猪粪堆肥过程中HA和FA的化学结构变化以及对ETC的影响。结果表明:HA的ETC由堆肥初期10.06 μmol e-/g C增长至末期40.07 μmol e-/g C,FA的ETC由堆肥初期的15.36 μmol e-/g C增长至末期的69.73 μmol e-/g C,二者均随时间变化呈波动上升趋势,且EDC在电子转移中占主要地位。光谱分析表明,堆肥中的木质素类物质经堆肥化后会转变为聚合度高的腐殖质类物质,相比于堆肥初期,腐熟期时有机质的腐殖化程度和芳香化程度增大,相对分子质量也增高。类蛋白物质(组分C4)在堆肥过程中逐渐减少,易被微生物作为碳源利用从而转化为类腐殖质物质(组分C2),且C2是堆肥中较为稳定的组分。相关性分析表明:类蛋白质物质减少、腐殖化程度增加会使HA和FA的ETC增强,FA的电子转移能力更容易受到腐殖化程度的影响。     

电场对污泥堆肥富里酸结构特征的影响

为了研究电场对污泥堆肥富里酸结构特征及电子转移能力(ETC)的影响,以市政污泥和米糠为原料,设置施加5V的直流电场(T1)和不施加电场(CK)的两个堆肥进行对比实验.通过三维荧光-平行因子分析(EEM-PARAFAC)、紫外可见光谱(UV-vis)、傅里叶红外光谱(FTIR)结合二维相关光谱(2DCOS)分析堆肥过程中富里酸结构和组成变化.通过电化学方法测定了堆肥富里酸的电子接受能力(EAC)和电子供给能力(EDC).结果表明,类色氨酸、类富里酸和类胡敏酸是堆肥FA的主要组分,随着堆肥的进行,FA中类色氨酸物质减少,类富里酸和类胡敏酸含量增加,电场能够促进FA在堆肥过程中类色氨酸的降解和类胡敏酸的形成,提高了FA的芳香性、分子量和腐殖化程度.电化学分析结果表明,FA的ETC呈现先增后减的趋势.相比CK处理,施加电场降低了FA的EDC,但同时增强了其EAC,使得堆肥后期的FA具有更强的ETC.结果将有助于进一步了解污泥堆肥过程中FA的形成过程及其氧化还原特性.     

Electrochemical and spectroscopic characteristics of dissolved organic matter in a forest soil profile

Dissolved organic matter （DOM） represents one of the most mobile and reactive organic compounds in ecosystem and plays an important role in the fate and transport of soil organic pollutants, nutrient cycling and more importantly global climate change. Electrochemical methods were first employed to evaluate DOM redox properties, and spectroscopic approaches were utilized to obtain information concerning its composition and structure. DOM was extracted from a forest soil profile with five horizons. Differential pulse voltammetry indicated that there were more redox-active moieties in the DOM from upper horizons than in that from lower horizons. Cyclic voltammetry further showed that these moieties were reversible in electron transfer. Chronoamperometry was employed to quantify the electron transfer capacity of DOM, including electron acceptor capacity and electron donor capacity, both of which decreased sharply with increasing depth. FT-IR, UV-Vis and fluorescence spectra results suggested that DOM from the upper horizons was enriched with aromatic and humic structures while that from the lower horizons was rich in aliphatic carbon, which supported the findings obtained by electrochemical approaches. Electrochemical approaches combined with spectroscopic methods were applied to evaluate the characteristics of DOM extracted along a forest soil profile. The electrochemical properties of DOM, which can be rapidly and simply obtained, provide insight into the migration and transformation of DOM along a soil profile and will aid in better understanding of the biogeochemical role of DOM in natural environments.     

垃圾渗滤液污染羽在地下环境中的分带现象研究

通过土柱实验研究垃圾渗滤液污染物在地下环境中降解的生物地球化学作用和分带现象,并对污染前后土壤中的Fe³⁺、Fe²⁺、氧化容量(OXC)和还原容量(RDC)等的变化进行分析.结果表明,垃圾渗滤液污染羽中出现了4个顺序氧化还原带,微生物在每个带所利用的最终电子受体是不同的,分别为CO₂、Fe³⁺、NO₃^-和O₂,相应地依次称为产甲烷带、铁还原带、NO相似文献   

春季黄海与渤海一氧化碳的浓度分布、海-气通量和光生产的研究

在春季开展了黄海与渤海表层海水和上方大气中CO的浓度分布、海-气通量和表层海水中CO的光化学生产的研究.用顶空分析法测得表层海水中CO的浓度（[CO]surf）为（0.19～3.57）nmol.L-1,平均值为1.24 nmol.L-1（SD=0.79,n=69）;总体来看,[CO]surf的分布呈现出近岸高、远海低的...     

南淝河不同排口表层沉积物DOM光谱特征

在南淝河15个排口采集了表层沉积物样品,在测定了其中溶解性有机碳(SDOC)含量的同时,采用紫外-可见吸收光谱和三维荧光光谱分析方法,并结合PARAFAC模型对沉积物中溶解性有机质(DOM)的荧光组分和来源进行了解析.结果表明:南淝河不同排口表层沉积物SDOC的含量在0.28~0.95g/kg之间,平均为0.63g/kg;老城区采样点沉积物SDOC明显高于其他河段,特别是靠近污水厂尾水排放口沉积物SDOC明显高于其他采样点.南淝河沉积物紫外-可见光吸收系数aλ可以很好表征沉积物DOM含量相对大小,而光谱斜率S275-295和光谱斜率比SR反映出各采样点沉积物DOM中自生源组分的差异;利用PARAFAC模型解析出DOM四种荧光组分,其中较老的自生源腐殖质C2和新近类蛋白C4所占比例高.南淝河不同排口沉积物DOM自生源组分比例存在显著差异,其中老城区排口沉积物DOM以自生源组分为主,而上游排口沉积物DOM陆源组分所占比例较高,雨污排口和污水厂尾水排口虽以自生源为主,但陆源的贡献不可忽略.结果表明,光谱分析方法能够有效表征城市河道不同排口污染源强.     

岷江上游水体中DOM光谱特征的季节变化

川西北高原湿地和高山峡谷区是岷江等河流重要集水区,地表水体中溶解性有机质(DOM)更多受环境背景影响,DOM来源与结构特征对认识流域有机碳输出通量及模式有重要意义.本文对岷江上游在4月(枯水期末)和10月(丰水期末)分别进行沿程地表水采样并测定了DOM三维荧光光谱(EEM),结合平行因子模型(PARAFAC)分析岷江上游水体DOM沿程和季节变化特征.结果表明,DOM荧光峰(类腐殖峰A、C和类蛋白峰B、T)沿程波动趋势和程度不同;枯水期末(4月)A、C峰强而丰水期末(10月)B、T峰强.PARAFAC识别出3个荧光组分,即C1(250~260/380~480 nm,类腐殖质,占比48.68%~65.02%),C2(300~330/380~480 nm,类腐殖质,占比23.17%~29.83%)和C3(270~280/300~350 nm,类蛋白质,占比11.83%~21.53%);枯水期末(4月)组分沿程波动更明显,其中C1沿程波动最显著.荧光指数(FI)均值在1.4~1.9之间,说明不同季节DOM均有内外源混合特征;枯水期末(4月)DOM腐殖化、芳香性和疏水性高,表明DOM陆源贡献更大,而丰水期末(10月)DOM自生源贡献比枯水期更高.CDOM浓度[a(355)]与类腐殖质浓度[Fn(355)]极显著正相关,这也证实岷江上游水体中DOM的陆源输入.C1、C2在枯水期末(4月)相关性极显著而丰水期末(10月)相关性未达到显著性水平,进一步表明岷江上游水体中DOM的外源性及季节性差异.     

人工湿地氮转化与氧关系研究

应用N转化迁移模型分析廊道式人工湿地氮转化与氧供应的关系,验证目前湿地全程硝化反硝化脱氮机制的有效性.对各个廊道进出水NH₄⁺-N、NO₃^--N、TN、B₅、DO进行了测定和分析.在水力负荷5cm/d条件下,各廊道湿地有机氮矿化率为0.01～0.28g·(m²·d)^-1、氨氮硝化率0.50～1.54 g·(m²·d)^-1,反硝化率0.41～1.13 g·(m²·d)^-1(占总氮损失的3.4%～35.4%)、植物净吸收氮0.07～0.26 g·(m²·d)^-1(占总氮损失的7%～33%).硝化反硝化与有机质降解同时进行,在进水端最明显,这与传统认识相悖.按照全程硝化化学计量学得到的硝化需氧量(NOD)高于实际的表面复氧和植物根系放氧.最后对在高浓度有机质存在条件下,能减少对氧需求的2种新型脱氮机制进行了讨论.     

北运河上覆水DOM组分含量特征及对水质的影响

基于三维荧光光谱,紫外-可见光谱技术,对比分析了汛期非汛期北运河通州区域上覆水中溶解性有机物（DOM）的组成、来源及结构特征,建立了上覆水中N和P的含量与DOM组成之间的关系,确定了反映潜在富营养化生态风险的指标.结果表明,北运河通州地区上覆水中DOM含量在9.17~27.78mg/L之间,总体呈现非汛期>汛期,上游>下游,DOM含量时空特征差异显著.汛期DOM分子量与非汛期相比较小,DOM芳香程度汛期低于非汛期;在上游和下游,汛期上覆水DOM A₂₅₃/A₂₀₃大于非汛期.汛期DOM受陆源腐殖质和生物源的共同影响,而非汛期主要受微生物活动的影响.汛期蛋白质类和腐殖质类物质的浓度水平显著低于非汛期,非汛期蛋白质类组分相对占比较多,而汛期腐殖质类组分相对占比较多.在汛期,上覆水DOM中C1、C3、C4组分的最大荧光强度可间接反映北运河富营养化的潜在风险.