不同物料堆肥富里酸的结构特征的研究

通过三维荧光平行因子分析（EEM-PARAFAC）和二维相关光谱（2DCOS）分析了富含木质纤维素类物料（果蔬废物和杂草废物）和富含木质素类物料（秸秆废物和园林修剪废物）堆肥形成的富里酸的结构和组成.结果显示,两类堆肥物料形成的富里酸结构差异显著.虽然两类物料的荧光组分含量及变化基本相似,但是特征官能团与其荧光组分的变化顺序却不同.富含木质纤维素类物料堆肥形成的富里酸中类酪氨酸和类色氨酸先于芳环形成,而富含木质素类物料堆肥形成的富里酸中芳环先于类酪氨酸和类色氨酸.并且,研究发现在堆肥高温期和腐熟期,富里酸的芳环含量在木质纤维类和木质类物料中分别增加了约10%和5%,脂肪族的含量分别下降了约10%和6%,说明堆肥过程中富里酸结构中脂肪族逐渐降解并伴随其芳香性逐渐增加;结构方程模型结果表明,类富里酸、脂肪族基团和羧基是富里酸中芳环形成的关键组分.本文研究结果可为明确堆肥过程中富里酸的形成提供理论基础.     

有机肥施用对盐渍土富里酸荧光特性的影响

为探讨有机肥长期培肥盐渍土后土壤富里酸(FA)结构组成及土壤环境的变化特征,对黑龙江西北部盐渍土壤连续5 a采取不同施肥处理,设置CK(对照)和TR1(处理1,施用有机肥8 000 kg/hm2)、TR2(处理2,施用有机肥4 000 kg/hm2及化肥N 80 kg/hm2、P₂O₅ 50 kg/hm2、K₂O 35 kg/hm2)、TR3(处理3,施用化肥N 160 kg/hm2、P₂O₅ 100 kg/hm2、K₂O 70 kg/hm2) 4个处理组,分析土壤中富里酸荧光光谱特征的变化情况. 结果表明:与CK比较,TR1、TR2处理可明显增加土壤中ρ(富里酸),增幅分别为98.24%、72.16%;二维荧光参数分析显示,各处理下富里酸腐殖化程度均表现为TR1>TR2>TR3>CK;三维荧光光谱区域积分比值分析结果进一步证实,TR1、TR2处理通过增加可见区类富里酸的荧光响应比值和减少紫外区类富里酸的荧光响应比值来提高富里酸的腐殖化程度. 根据三维荧光光谱结合平行因子分析结果,可将富里酸分为C1组分(生物可利用富里酸组分)、C2组分(陆生来源富里酸组分)及C3组分(类蛋白组分);施用有机肥主要增加C1组分的比例,其次为增加C2组分的比例,说明施用有机肥可提高盐渍土供肥能力,对盐渍土生态环境改善具有积极作用. 传统荧光图谱解析手段结合统计分析结果显示,施用有机肥可明显提高盐渍土富里酸含量并增加其腐殖化程度.      

基于光谱学技术对生物沥浸污泥与不同辅料堆肥过程中富里酸的研究

以生物沥浸污泥与不同农林废弃物混合堆肥为研究对象,采用紫外可见光谱(UV-vis)、傅里叶红外光谱(FTIR)和三维荧光光谱(3D-EEMs)技术分析了堆肥过程中富里酸结构、组成和含量变化。基础理化性质表明：4个处理组(T1:污泥+甘蔗渣,T2:污染+秸秆,T3:污染+米糠,T4:污染+木屑)均达到堆肥成熟标准;UV-vis和紫外参数SUVA₂₅₄、SUVA₂₈₀的变化表明4个堆肥处理组中的腐熟度和富里酸的芳香碳含量均增加,其中T2处理组的腐熟度优于其他处理组。FTIR分析表明富里酸中多糖类、碳水类和脂肪族物质的含量逐渐降低,合成的腐殖酸类物质含量逐渐增加,T3处理组的腐殖化、芳构化程度要优于其他处理组。3D-EEMs分析表明结构简单、共轭程度低的有机物如辅酶、色素等物质被降解消耗,形成共轭程度高的类腐殖质物质,T2处理组的荧光峰强度最大,表明堆肥腐熟效果更好。富里酸含量变化则表明T3处理组腐熟效果优于其他处理组。结果表明,秸秆和米糠与生物沥浸污泥共同堆肥效果较好。     

堆肥腐熟前后胡敏酸与富里酸的还原容量比较

采集腐熟前后的堆肥样品并提取和纯化出腐殖质(胡敏酸:HA;富里酸:FA),分别以柠檬酸铁(FeCit)和Fe(NO3)3作电子受体,测定了HA和FA的还原容量(RC).结果表明:以FeCit作为电子受体时,与未腐熟堆肥样品相比,腐熟后筛分样品HA的RC值增大,从22.85mmol e-/molC增大到26.84mmol e-/molC,而其对应FA的RC值减少,由37.67mmol e-/molC降低为33.68mmol e-/molC;对于两种不同形态的电子受体,以 FeCit为电子受体测定得到的RC值高于以Fe(NO3)3为电子受体测定得到的RC值;相对于本底还原容量,HA和FA经微生物还原后其RC值降低,降低幅度与微生物种类有关.结合紫外-可见光谱和三维荧光光谱分析发现,堆肥HA和FA的还原能力与其中类富里酸物质含量和醌基浓度成正相关,而与其本身的芳化度和分子量呈负相关.     

富里酸对小麦植株积累稀土元素的影响

从我国东北黑土中提取和纯化富里酸。采用水培方法研究了富里酸对小麦植株生物积累稀土元素（La^3 ，Ce^3 ,Sm^3 ,Gd^3 ,Y^3 )的影响。结果表明，在所试验的多种浓度中，当富里酸浓度低于0.26mg(C)/L时，小麦积累稀土元素受到促进；而当富里酸浓度大于0.65mg(C)/L时，稀土元素在小麦植株中的积累受到抑制；富里酸对小麦积累稀土“高抑低促”的分界浓度介于0.26——0.65mg(C)/L之间。生长动态实验表明，小麦在含有2.0mg/L稀土和两种浓度（0.13和1.30mg(C)/L)的富里酸的营养液中生长，根部对稀土的积累呈线性增长规律（相关系数大于0.86)，茎叶部对稀土的积累无线性增长规律，小麦根部对稀土的积累远高于茎叶部，同样观察到富里酸对小麦积累稀土存在“高抑低促”的生物效应。     

富里酸和胡敏酸在蒙脱石上的吸附特性

为进一步揭示有机污染物在黏土矿物上的迁移转化规律,运用1H核磁共振光谱、高效体积排阻色谱、扫描电镜、比表面分析以及傅里叶变换红外光谱等多种分析技术综合分析了富里酸和胡敏酸在蒙脱石上的吸附行为. 结果表明,由于不同官能团与蒙脱石的亲和性不同,富里酸和胡敏酸在吸附过程中均产生组分分级,大分子被优先吸附在蒙脱石表面. 由于疏水性作用,蒙脱石对疏水性更强的胡敏酸的吸附量更大. 蒙脱石吸附富里酸后比表面积和孔容分别下降3.67m2/g和0.005cm3/g,而吸附胡敏酸后则均略微增大,说明具有较大颗粒尺寸的胡敏酸更多地堆积在蒙脱石外表面,而富里酸则更易进入蒙脱石孔隙. 蒙脱石吸附富里酸和胡敏酸后溶液pH分别升高了0.44和0.41,说明发生了配体交换反应. 蒙脱石对富里酸和胡敏酸的吸附量随pH增大和离子强度的降低而减少,表明羟基能够抑制富里酸/胡敏酸负电基团与蒙脱石表面羟基的配体交换反应,而盐离子则能降低蒙脱石和腐殖质间的静电斥力.      

高浓度富里酸在臭氧体系中的降解特性

为了解高浓度富里酸在臭氧体系中的降解特性,采用了高效且反应条件温和的臭氧法处理高浓度富里酸模拟废水,并采用紫外-可见吸收光谱和三维荧光光谱,研究了臭氧降解高浓度富里酸的特性与原理.结果表明:在初始pH为8.0、臭氧投加量（以ρ计）为65.00 mg/L的条件下,反应30 min后色度、富里酸、COD_Cr的去除率分别为82.16%、43.28%、26.73%;臭氧利用率从反应2 min时的72.52%降至30 min时的18.15%,B/C[ρ（BOD₅）/ρ（COD_Cr）]由进水的0.27升至0.61,ρ（HCO₃-）由初始的42.2 mg/L增至502.6 mg/L,说明小分子有机物的不断生成和矿化使得模拟废水可生化性大幅提高.紫外-可见吸收光谱分析表明,臭氧能使富里酸模拟废水中易降解物质成分增多、富里酸的结构趋于简单.三维荧光光谱表明,臭氧能有效降解大分子富里酸类物质,并较快速地使小分子色氨酸被氧化,随着反应的持续进行,富里酸的腐殖化程度逐渐降低.      

Ca-Al-LDH对富里酸吸附性能的研究

采用乙醇辅助液相共沉淀法制备Ca-Al-LDH(层状双金属氢氧化物),运用X射线衍射仪(XRD)和傅里叶变化红外光谱仪(FA-RT)对吸附前后的Ca-Al-LDH样品进行表征,并研究了Ca-Al-LDH对富里酸的吸附性能及其影响因素。结果表明:Ca-Al-LDH对富里酸吸附容量随p H的变化呈先增加后递减趋势,在p H为4时吸附容量达35.5 mg/g;吸附过程在24 h达到平衡;添加电解质Na NO3可抑制富里酸的吸附作用;吸附过程符合Langmuir模型,且吸附动力学过程符合准二级动力学方程。     

富里酸红外特征差异与其吸附沥青质行为间关系的研究

通过考察连续碱提富里酸级分的红外光谱及其与沥青质间的吸附行为特征,探讨了富里酸官能团红外特征差异与沥青质吸附行为间的关系。结果表明:连续碱提得到的各级富里酸所含官能团整体组成结构相近,但是在含氧基团和芳香族基团的红外特征上存在较大差异,其红外特征峰面积表现为:一级富里酸>三级富里酸>二级富里酸;随着富里酸中OH基团、芳香基团以及C—O基团红外特征的增强,其对沥青质的吸附速率增大,结合力增强,总体呈正相关关系,而其吸附沥青质展现出的非线性特征愈弱,总体呈负相关关系;适当升温会使吸附特征参数随基团红外特征强度发生变化,分析认为,升温引起的分子热运动增强以及吸附结合强度大小改变可能是导致该现象的主要原因。     

不同通风方式对污泥堆肥的影响

采用2种通风方式和5种调理剂进行污泥堆肥,堆温均能顺利达到设定温度(60℃),并能保持一段高温期,堆肥产品的卫生学指标达到了无害化国家标准.同采用正压强制通风相比,采用自然通风与正压强制通风相结合方式,堆温上升迅速,能耗更低.但正压强制通风能加快堆料含水率的降低和有机质的降解.堆料含水率能极大地影响污泥堆肥过程,堆料的含水率不宜超过80%,在污泥堆肥过程中不必对堆料的pH值进行调整.     

交变电场-铁改性生物质强化城市污泥深度脱水

为了实现城市污泥的深度脱水,采用铁改性生物质作为骨架构建体联合交变电场电渗透技术处理污泥,以单因素实验为基础,探究了该联合技术对污泥脱水性能的影响,并通过表面响应法优化了污泥脱水的工艺参数.将玉米秸秆使用浓度为0.03g/mL的FeCl₃溶改性后与污泥混合,当采用不等占空比为4.33:1的交变电场,电压为17.22V/cm,改性生物质投加量为96.81mg/g DS,改性生物质含水率为61.91%,生物质粒径为1.05mm,阴阳极间距为2.10cm时,可以得到含水率为58.21%的脱水污泥,脱水能耗为0.0148kW·h/kg RW (脱除水分).脱水污泥的扫描电镜表征结果显示,铁改性生物质可以在污泥中起到良好的骨架支撑作用,有利于提高污泥的机械强度和可渗透性;热重分析显示,脱水后污泥的上、下层燃烧过程可划分为析出自由水和束缚水阶段,析出和燃烧挥发分阶段、分解无机盐阶段,添加铁改性生物质的脱水污泥有机质含量更高,燃烧得更快.     

亚硫酸氢根活化高锰酸根氧化富里酸对消毒副产物生成势的影响

考察了高锰酸钾/亚硫酸氢钠(PM/BS)氧化体系对天然有机物(NOM)组分富里酸(FA)的结构变化及消毒副产物(DBPs)生成势的影响.通过紫外-可见光谱、总有机碳(TOC)、三维荧光光谱对FA结构变化进行了表征.结果发现,经PM/BS预氧化之后,PM的光谱特征峰及FA的荧光强度峰均消失.三氯甲烷(TCM)及二氯乙腈(DCAN)分别是FA生成的主要的含碳及含氮类DBPs.在PM单独氧化中,TCM与DCAN的浓度随PM投加量的增大都呈现先略微上升后下降的趋势;而在PM/BS体系中,随着PM/BS投加量的增大,TCM的浓度呈现先降低后升高的趋势,而DCAN的浓度则显著上升.反应pH也显著影响FA的DBPs生成势,在PM体系中,除TCM和DCAN外其他DBPs(1,1-二氯丙酮(1,1-DCP)、1,1,1-三氯丙酮(1,1,1-TCP)、三氯乙腈(TCAN)、三氯硝基甲烷(TCNM))浓度总体随pH的增大而下降.在PM/BS体系中,随着pH的升高,C-DBPs及N-DBPs总浓度总体呈现先降低后升高再降低的趋势,pH 7.5时达到最大值.在pH 7.5时,无预氧化的条件下生成的TCM浓度约为100.7μg·L~(-1),DCAN浓度约为7.5μg·L~(-1);在PM预氧化条件下二者浓度分别为127.5μg·L~(-1)和9.7μg·L~(-1);而在PM/BS预氧化条件下生成的TCM高达217.1μg·L~(-1),DCAN为9.3μg·L~(-1).PM/BS氧化工艺在加速降解微量有机物的同时,亦将改变NOM结构,进而有可能提升NOM的DBPs生成势,在实际工程应用中应予以关注.     

不同物料堆肥过程中溶解性有机质和腐殖酸的物质结构演化时序差异分析

以提取鸡粪未添加菌剂（CM）、鸡粪添加菌剂（CMB）及餐厨垃圾（FW）堆肥过程中提取的溶解性有机质（DOM）和腐殖酸（HA）为研究对象,利用荧光光谱平行因子分析及二维相关光谱分析对DOM和HA的物质结构及转化时序进行表征。结果表明：DOM的腐殖化指数（HIX）表现为CMB>CM>FW,FW堆肥有机质的自生源特性更强,CMB堆肥有机质腐殖化程度最高。与堆肥时间相比,DOM和HA的光谱结构特性对堆肥种类的响应更强烈;3种堆肥的DOM中,类蛋白组分相对浓度整体表现为CM>FW>CMB,类腐殖质组分表现为CMB>FW>CM;HA中,类蛋白组分相对浓度为CM>CMB（FW）,类腐殖质组分表现为CMB(FW)>CM。二维相关光谱表明：鸡粪堆肥中,DOM各组分演化时序为类胡敏酸>类酪氨酸>类色氨酸>类富里酸,HA各组分表现为类酪氨酸>类富里酸>类色氨酸;餐厨垃圾堆肥中,DOM各组分演化时序为类色氨酸>类酪氨酸>类富里酸,HA各组分表现为类胡敏酸>类酪氨酸>类色氨酸>类富里酸。适当的含水率有利于DOM中类腐殖质物质的生成,氨氮（NH₄ ⁺-N）浓度的降低与鸡粪堆肥DOM中类蛋白物质的降解以及腐殖化程度的增强有关,硝氮（NO₃ ⁻-N）浓度与类腐殖质组分呈显著正相关;水溶性有机碳（DOC）浓度和含水率的降低可能标志着堆肥过程中HA的腐殖化程度增强。

     

附加电场对中空纤维膜污染的减缓作用

通过对新型附加电场的中空纤维膜组件的实验室研究,探讨了电场对缓解微滤膜污染的作用.在恒定流量下过滤含有20mg/L腐殖酸的原水,无电压时,跨膜压力从0.0200MPa上升到0.0300MPa耗时2h,而施加60V电压时该时间段延长至10h.研究表明,原水中的腐殖酸在电场中发生电泳迁移,减少了向膜表面的移动,其对膜的污染被减缓;同时腐殖酸在电场中发生凝聚现象,沉积在膜表面形成疏松的滤饼层,是跨膜压力增加缓慢的另一原因.     

城市污泥堆肥过程中气温对堆体温度影响的模拟

在静态垛堆肥过程中,气温的变化会对堆体温度造成影响,这对堆肥过程中的堆体温度控制具有重要意义．但迄今为止,对此问题仍缺乏研究．本文引入小波分析方法对气温和堆体温度数据进行去噪和压缩处理,提取出气温波动引起的堆体温度波动信号,然后对气温波动信号和堆体温度波动信号进行分周期拟合,获得一一对应的振幅和相位差．结果表明,对于强制通风静态垛堆肥,气温波动对堆体下层（75cm）的影响最大,最大值为0．186℃,最小值为0．132℃,平均值为0．159℃;对中层（50cm）的影响最小,但随着堆肥进程的持续有增大的趋势;对上层（25cm）影响的最大值为0．105℃,最小值为0．065℃,平均值为0．085℃．从相位差上看,堆体中层（50cm）的相位差始终最大,在堆肥的降温期呈现明显减小的趋势;上层（25cm）的相位差随着堆肥进程的持续有明显增大的趋势;下层（75cm）的相位差在整个堆肥进程中呈缓慢升高的趋势．通过影响强度和相位差综合分析发现,堆体上层物料和下层物料在热量散失过程中可能存在两种不同的热交换机制,即上层物料以稳态热传导和自然对流为主,而下层物料则以非稳态热对流为主．     

低温热水解对剩余污泥DOM的溶出特征分析

为了研究剩余污泥在低温热处理条件下的理化性质及溶出特征,采用批次试验探究了热处理温度对剩余污泥溶解性有机物（SCOD）、溶解性碳水化合物（SC）、溶解性蛋白质（SP）的溶出变化情况,分析了溶解性有机物质（DOM）荧光组分的平行因子分析模型特征.研究发现,随着热处理温度的升高,SCOD在80℃的破解度增幅最高,在90℃溶出量最大;SC在70℃时溶出率增幅最高,在90℃质量浓度最高;SP在60℃质量浓度最大;挥发性脂肪酸（VFAs）在60℃达到最大含量;液相色谱-有机碳测定仪（LC-OCD）分析表明,溶解性有机碳在90℃分子质量浓度最大,但生物聚合类物质的比例在80℃最高;三维荧光平行因子分析（PARAFAC）显示,剩余污泥热处理后的DOM均包含类蛋白质C1（282,324nm）、代谢类蛋白质C2（310,364nm）、可见腐殖酸C3（278/338/358nm,424nm）、土壤富里酸C4（270/318/354nm,476/524nm）,对于热水解法预处理污泥,类蛋白质在80℃下具有最大荧光强度,代谢类蛋白质在60℃下具有最大荧光强度.在60min条件下,污泥中有机物溶出的最佳温度是80℃.     

低温热水解对剩余污泥DOM的溶出特征分析

为了研究剩余污泥在低温热处理条件下的理化性质及溶出特征,采用批次试验探究了热处理温度对剩余污泥溶解性有机物（SCOD）、溶解性碳水化合物（SC）、溶解性蛋白质（SP）的溶出变化情况,分析了溶解性有机物质（DOM）荧光组分的平行因子分析模型特征.研究发现,随着热处理温度的升高,SCOD在80℃的破解度增幅最高,在90℃溶出量最大;SC在70℃时溶出率增幅最高,在90℃质量浓度最高;SP在60℃质量浓度最大;挥发性脂肪酸（VFAs）在60℃达到最大含量;液相色谱-有机碳测定仪（LC-OCD）分析表明,溶解性有机碳在90℃分子质量浓度最大,但生物聚合类物质的比例在80℃最高;三维荧光平行因子分析（PARAFAC）显示,剩余污泥热处理后的DOM均包含类蛋白质C1（282,324nm）、代谢类蛋白质C2（310,364nm）、可见腐殖酸C3（278/338/358nm,424nm）、土壤富里酸C4（270/318/354nm,476/524nm）,对于热水解法预处理污泥,类蛋白质在80℃下具有最大荧光强度,代谢类蛋白质在60℃下具有最大荧光强度.在60min条件下,污泥中有机物溶出的最佳温度是80℃.     

Analysis of impulse electric field effect on organic exhaust gas decomposition

The technique of organic exhaust gas decomposition with impulse corono-dischrge plasma has been investigated in this study. It has been discovered that the impulse electric fieldaffected the decomposition efficiency with the secondary electron emission coefficient (δ of the corona electrode as an intermediate: when W was fixed the corona electrode material with higher δcould induce higher decomposition efficiency. In these experiments,wolfram electrode which has the highest δhas really induced the highest decomposition efficiency.