崔东宇;何小松;席北斗;檀文炳;高如泰;袁英;张慧;许鹏达
【摘 要】Humic substances, i.e., humic acids (HA) and fulvic acids (FA), were extracted from the uncomposted and composted samples, and used as the electron donators and mediators. The results showed that the RC of HA increased from 22.85mmol e-/molC to 26.84mmol e-/molC, whereas the RC of FA decreased from 37.67mmol e-/molC to 33.68mmol e-/molC after composting. The RC of HA and FA determined by FeCit was higher than that measured by Fe(NO3)3. Compared with the native RC, the microbial RC of humic substances decreased, and the decrease level was related to microbial species. Based on the composition analysis by UV-visible spectra and excitation-emission matrix spectra, it can be found that the RC is positively correlated with the content of humic-like substances and quinine, but it showed a negative correlation with the aromatic degree and molecular weight of humic substances.%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
分频器的作用还原容量(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H A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.
【期刊名称】《中国环境科学》
【年(卷),期】2015(000)007
【总页数】8页(P2087-2094)
【关键词】堆肥;胡敏酸;富里酸;还原容量
【作 者】崔东宇;何小松;席北斗;檀文炳;高如泰;袁英;张慧;许鹏达
【作者单位】中国环境科学研究院，环境基准与风险评估国家重点实验室，北京 100012; 中国环境科学研究院地下水与环境系统创新基地，北京 100012;中国环境科学研究院，环境基准与风险评估国家重点实验室，北京 100012; 中国环境科学研究院地下水与环境系统创新基地，北京 100012;中国环境科学研究院，环境基准与风险评估国家重点实验室，北京 100012; 中国环境科学研究院地下水与环境系统创新基地，北京 100012;中国环境科学研究院，环境基准与风险评估国家重点实验室，北京 100012; 中国环境科学研究院地下水与环境系统创新基地，北京 100012;中国环境科学研究院，环境基准与风险评估国家重点实验室，北京 100012; 中国环境科学研究院地下水与环境系统创新基地，北京 100012;中国环境科学研究院，环境基准与风险评估国家重点实验室，北京 100012; 中国环境科学研究院地下水与环境系统创新基地，北京 100012;中国环境科学研究院，环境基准与风险评估国家重点实验室，北京 100012; 中国环境科学研究院地下水与环境系统创新基地，北京 100012;中国环境科学研究院，环境基准与风险评估国家重点实验室，北京 100012; 中国环境科学研究院地下水与环境系统创新基地，北京 100012
【正文语种】中 文
【中图分类】X705
堆肥是我国生活垃圾处理的一种重要方式，堆肥过程中有机物在微生物作用下降解和合成腐殖质类物质，腐殖质含量和结构对于堆肥产品的腐熟和环境效应具有重要意义［1］.Thurman等［2］和 Christensen等［3］将腐殖质分为胡敏酸（HA）和富里酸（FA）.长期以来，有关腐殖质的研究集中于其吸附与络合特性，重点是它对重金属和有机污染物迁移扩散的影响［4-6］，自1996年Lovely等［7］开创性的提出了腐殖质中HA具有电子转移能力以来，腐殖质的氧化还原特性逐渐成为研究热点.Myers等［8］研究发现腐殖质可从微生物和化学还原剂中接受电子并转移到固相锰矿物和其他重金属污染物，也可作为电子穿梭体，在厌氧条件下穿梭于微生物表面和锰氧化物之间.在堆肥局部厌氧体系中腐殖质是极为活跃的组分，其电子穿梭特性显著影响重金属迁移降解和生态毒性［9］.
韩泰轮胎标志近年来，腐殖质的氧化还原特性及其在污染物地球化学循环中的作用日益受到关注［10-12］. Scott等［13］研究发现当微生物将电子转移给腐殖质时，主要是特殊结构在过程中充当着电子接受体［13］.相关研究表明，HA的氧化还原功能主要来源除其所含的醌基和半醌基外［14］，还有酚基、羧基和氨基［15］.同时，腐殖质的芳香性结构［16］和不同电子受体都会对其还原能力产生显著影响.还原容量（RC）是衡量腐殖质还原能力的重要指标，通过对RC的测定与表征，可以了解腐殖质在环境污染化学中所扮演的角.
之前针对腐殖质的研究主要提取自土壤和沉积物，以堆肥为原料的研究较为少见，HA和FA都是典型的非均质性化合物，二者还原容量的比较研究较少［17］，对电子受体的还原能力也产生不同影响；同一个堆肥阶段HA和FA的组成也有较大差异，相应的还原容量也有差别.基于此，本文分别选取了不同电子受体，同步测定了堆肥腐熟前后胡敏酸和富里酸的还原容量，并结合了光谱学（包括紫外-可见吸收光谱和三维荧光光谱）和统计学（包括方差分析和相关性分析）方法，分析了腐殖质结构对其 RC的影响，为科学表征腐殖质不同组分的氧化还原特性、揭示其在堆肥体系中的作用和意义提供科学依据.
1.1 仪器与试剂比亚迪汉高祖
使用Analytik Jena Multi N/C 2100型TOC分析仪测量水溶性有机碳（dissolved organic carbon，DOC）含量.紫外分光光度计为日本岛津公司生产的 UNICO-2600A型.荧光光谱测定采用Hitachi F-7000型荧光光度计.
1.2 样品制备
供试样品采于北京某垃圾堆肥厂.所收集的生活垃圾经机械分选挑出木头、砖块、玻璃等不
可堆肥物后，采用条垛式堆肥，供氧方式为机械翻堆，整个堆肥过程持续51d，其中一次发酵21d，二次发酵 30d.分别采集一次发酵高温期样品和二次发酵结束后筛分所得堆肥成品.参照文献［2］和［3］的分离和净化方法将渗滤液中腐殖质分离为HA和FA，将所提取的样品冻干后保存；并分别将HA腐熟前后样品编号为H1和H2，FA腐熟前后样品编号为F1和F2.
东风轻型车将冻干后的HA和FA固体样品加入到去离子水中，用 0.1mol/L NaOH调整 pH（8.0±0.2）使HA和FA溶解后，用0.1mol/L HCl调整pH值至6.0±0.1，再用 0.45μm纤维素膜过滤，然后用超纯水将HA和FA的浓度稀释至DOC=50mg/L，得到HA和FA溶液贮备液，避光冷藏备用.HA和FA贮备液相关理化特性见表1.
suv比较1.3 还原容量的测定
参照文献［18］，将有机质还原容量分为本底还原容量（NRC）和微生物还原容量（MRC）.
1.3.1 本底还原容量的测定 取所制备好的HA和FA样品各20mL，分别加入20mL浓度为1
mmol/L的柠檬酸铁（FeCit）和硝酸铁（Fe（NO3）3），混合于 100mL锥形瓶中，遮光振荡 48h后，10000r/min离心10min后，用注射针头取上清液测定Fe2+.试验以只加入FeCit和Fe（NO3）3处理为空白对照，并扣除样品中含有的 Fe2+的含量.Fe2+的测定采用邻啡罗啉比法［19］.RC根据还原产生Fe2+需要的电子量计算（生成1mol Fe2+需要1mol电子），单位为mmol e-/molC，表示单位物质的量碳的HA和FA所提供的电子量.
1.3.2 微生物还原容量的测定 MR-1菌和SP200菌的活化、传代和培养过程均在有氧条件下进行［20］.使用LB培养基（10g/L蛋白胨，5g/L酵母膏，10g/LNaCl）于室温下活化三代，取生长至对数期（12h）的细菌离心（3000r/min，30min，4℃），使用碳酸氢钠缓冲液（2.5g/LNaHCO3和 2.5g/L NaCl，pH=7.0）清洗离心两次.配制无机培养液，1500mg/L NH4Cl，600mg/L NaH2PO4，100mg/L CaCl2·2H2O，100mg/L KCl，2mg/L MgCl2·6H2O，5mg/L MnCl2·4H2O，1mg/L NaMoO4·2H2O.将培养好的菌株移至无极培养液中，并加入碳酸氢钠缓冲液备用.后续实验中，加入含有 MR-1或SP200的无机培养液，加入5mmol/L乳酸钠作为营养源，并按照1.2方法测量还原容量.
1.4 光谱分析
1.4.1 紫外-可见吸收光谱 紫外-可见吸收光谱分析扫描波长范围为 200～700nm，扫描间距为1nm，进样前，将待测溶液有机物浓度（以C计）调节至25mg/L［21］.测定436nm下的吸光度E436，计算 SUVA436（=A436×100/TOC）.分别测定各溶液在250nm和365nm处的吸光度值（记为E250和E365），并计算 E250/E365值，即 E2/E3；分别测定各溶液在465nm和665nm处的吸光度值（记为E465和E665），并计算E465/E665值，即E4/E6.
1.4.2 荧光光谱 荧光光谱测定采用日立公司生产的Hitachi F-7000型荧光光度计，将待测溶液有机物浓度（以C计）调为统一值（25mg/L），样品荧光光谱扫描参数如下：激发波长 Ex=200～450nm，发射波长 Em=280～520nm，扫描速度设为12000nm/min［22］.光谱扫完后，采用荧光区域体积积分（FRI）的方法对 EEM光谱进行定量分析提取特征荧光参数［23-24］.
2.1 堆肥HA和FA的还原容量比较
试验分别采用了堆肥未腐熟阶段HA和FA样品H1和F1及腐熟后筛分成品H2和F2作为电子供体，FeCit和Fe（NO3）3作电子受体.发现相同实验条件下，堆肥腐熟前后的HA和FA组分雪弗兰科鲁兹论坛
还原容量均不同，而且HA和FA二者之间还原容量也存在较大差异.如图1所示，以FeCit作为电子受体时，HA还原容量从堆肥未腐熟时的22.85mmol e-/molC增大到堆肥腐熟后的26.84mmol e-/molC；同样以FeCit作电子受体，FA堆肥腐熟后还原容量降低，由初始的 37.67mmol e-/molC降低为33.68mmol e-/molC.以 Fe（NO3）3作电子受体时，HA和FA在堆肥腐熟前后的变化结果与以FeCit作为电子受体的结果相似.由图1还可以看出，无论堆肥腐熟与否，FA的还原容量均高于HA.
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