生活垃圾填埋过程腐殖酸电子转移能力演变特征及其机制

Humic acids can obtain electron from microbes and the reducing chemicals and transfer it to heavy metals or organic matter such as the chlorinated and nitrobenzene, which facilitate the reduction or degradation of heavy metals and organic matter. The electron capacity of humic acids is very important for the reduction and degradation of organic pollutant in landfill cell. However, up till now, the electron capacity of humic acids and its evolution characteristics and influence factors in landfill is still unclear, and need to be further studied. Domestic solid wastes with different landfill age are collected, and humic-like substances, i.e., humic and fulvic acids, are obtained. Electrochemical methods are applied to investigate electron transfer capacity of the humic acids including electron accepting capacity, electron donating capacity and electron cycle capacity, and expound the evolution characteristics of the electron capacity of humic acids with landfill time, At the same time, modern spectra technique and chemometrics analysis are applied to monitor the evolution of the composition and structure of the humic acids and its influence on electron transfer capacity. Furthermore, the molecule composition and electron transfer capacity of the humic acis under different condition are also investigated, and the influence mechanism of the microenvironment change on the electron transfer capacity of the humic acis is illuminate. The results obtained can broaden the understanding of the evolution ways of organic matter and heavy metals in landfill, and can provide scientific evidence for optimizing the regulation of landfill.

腐殖酸类物质能够从微生物和还原性物质得到电子并将其转移给重金属和氯代、硝基苯等有机物，促进后者的还原和降解，腐殖酸的这种电子转移能力对于垃圾填埋场中污染物的降解和转化具有重要作用，但目前垃圾填埋场中腐殖酸的电子转移能力及其演变特征和影响机制尚不清楚。针对上述情况，本课题拟采集不同填埋年限生活垃圾，提取制备腐殖酸，采用电化学方法，研究腐殖酸的电子转移能力，包括电子接受能力、电子提供能力和电子循环能力，阐明生活垃圾填埋过程腐殖酸电子转移能力演变特征。在此基础上，采用现代波谱学技术和化学计量学分析，研究填埋过程腐殖酸组成和结构演变特征，探究其对电子转移能力的影响及其机制；同时分析不同环境条件和存在形态下腐殖酸的分子形态特征和电子转移能力，确定微环境对腐殖酸电子转移能力的影响过程及机制。研究成果可以拓宽垃圾填埋场中有机物降解和重金属转化途径的认识，为优化填埋场调控提供科学依据。

垃圾填埋会产生大量的腐殖酸类物质，腐殖酸可以作为微生物胞外呼吸的电子受体或电子穿梭体，将电子传递给重金属和氯代有机物，促进后者的还原和降解，腐殖酸的这种氧化还原特性对于填埋场中污染物的降解转化具有重要意义，但目前关于填埋场中腐殖酸的电子转移能力、演变特征及影响因素尚不清楚。基于此，课题采集不同填埋年限生活垃圾，研究了生活垃圾填埋过程中腐殖酸电子转移能力及其演变特征，分析了内部分子结构和外部微环境对腐殖酸电子转移能力的影响及其机制。 .结果显示，填埋场中胡敏酸和富里酸均具氧化和还原能力，能够接收和提供电子。微生物测试结果显示，胡敏酸本底还原容量(NRC)和微生物还原容量(MRC)分别在66.68~165.88μmol/g(C)和158.38~1136.03μmol/g(C)范围内，随填埋进行呈增加趋势；富里酸NRC和MRC分别在43.60~74.75μmol/g(C)和274.31~933.00μmmol/g(C)范围内，随填埋进行未现明显变化趋势。电化学测试结果显示，胡敏酸的电子接收能力(EAC)、电子供给能力(EDC)分别在353.67~848.70μmol/g(C)和622.16~1058.05μmol/g(C)范围内，随填埋进行呈增加趋势；富里酸的EDC和EAC分别在415.34~2097.11μmol/g(C)和499.05~1020.15μmol/g(C)范围内，随填埋进行未有明显的变化趋势。.分子结构和组成影响腐殖酸电子转移能力。胡敏酸NRC和MRC与类富里酸组分、羟基含量、腐殖化率、104~105Da分子量组分显著正相关；胡敏酸的EAC和EDC与类富里酸组分和104~105Da分子量组分显著正相关。富里酸NRC与MRC与分子量、腐殖化率显著正相关；富里酸MRC还与类色氨酸和类赖氨酸组分含量、碳水化合物显著正相关；富里酸的EDC与羟基的含量显著正相关；富里酸的EAC与羧基、芳香碳和强亲水性物质含量正相关。.微环境显著影响了腐殖酸的电子转移能力。pH增强有利于腐殖酸电子转移能力的提高，离子强度在c (KCl) =0.2M腐殖酸电子转移能力最强，过高和过低都不利于腐殖酸电子传递；去矿和溶解后，腐殖酸类暴露出更多氧化还原官能团，其电子转移能力增强；研究成果可以拓宽垃圾填埋场中有机质降解和重金属转化途径的认识，为优化调控垃圾填埋场提供理论基础和科学依据。