污泥好氧堆肥过程中亲水性组分的光谱和电化学特征

作者：常昊宇; 谭知涵; 孙晓杰; 张军; 邢美燕; 董滨; 席北斗

来源：环境科学研究, 2024, 37(02): 397-406.

DOI：10.13198/j.issn.1001-6929.2023.11.13

• 堆肥
• 亲水性组分
• 紫外-可见光谱(UV-Vis)
• 三维荧光光谱(3D-EEM)
• 光谱特征
• 电子转移能力

为了探讨污泥堆肥过程中亲水性组分(hydrophilic fraction,HyI)的结构组成和电子转移能力的变化规律和机理，本研究以污泥堆肥过程中的HyI为研究对象，采用紫外-可见光谱(UV-Vis)、三维荧光光谱(3D-EEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、二维相关光谱(2D-COS)和电化学方法，对其结构组成和电子转移能力的变化进行了系统研究.光谱分析显示，随着堆肥的进行，HyI中芳香族化合物含量增加，醌基含量增加，类蛋白物质含量降低，类胡敏酸物质和类富里酸物质含量增加，芳构化程度和腐殖化程度增强.酰胺和多糖类物质在HyI中占据主导地位，HyI中的羧基含量增加，而酚类含量降低.电化学分析显示，在堆肥过程中，HyI的电子供给能力(electron donating capacity,EDC)呈现先增加后减少的趋势；HyI的电子接受能力(electron accepting capacity,EAC)呈现先减少后增加的趋势.总体上，HyI的电子转移能力(electron transfer capacities,ETC)呈现上升的趋势，表明堆肥过程提高了HyI的氧化还原能力.相关性分析显示，HyI分子量越小、硅酸盐和多糖含量越低，越利于HyI给出电子；而HyI羧基含量越高、类胡敏酸物质越多、腐殖化程度越高、芳香性越强，越利于HyI得到电子.研究显示，污泥堆肥过程中HyI的结构组成和电子转移能力发生了显著变化，HyI分子量的降低、功能基团硅酸盐含量的降低和腐殖化程度的升高与HyI的电子转移能力有密切关系.该结果有助于进一步了解污泥堆肥过程中HyI的形成及其氧化还原特性，为发挥其在治理环境污染中的作用提供依据.

• 单位
  中国环境科学研究院; 同济大学; 桂林理工大学; 环境科学与工程学院