一種滲濾液及其汙染水體中重金屬生物可用性的判斷方法

2023-05-24 09:18:56

專利名稱：一種滲濾液及其汙染水體中重金屬生物可用性的判斷方法
技術領域：
本發明屬於固體廢棄物處理與資源化應用領域，具體涉及ー種通過滲濾液及其汙染水體中重金屬所結合有機物的結構特徵分析進而間接評價重金屬生物可利用性的方法。
背景技術：
在我國，由於生活垃圾混合收集、畜禽飼料添加重金屬、部分エ業廢水排入市政汙水處理中心，導致有機廢棄物生活垃圾、畜禽糞便和市政汙泥均含有一定量的重金屬。填埋和堆肥是有機廢棄物常用的處理方式，在填埋過程中，生活垃圾中的重金屬溶解進入滲濾液，當填埋場發生洩露時，這些含重金屬的滲濾液就會通過包氣帶土壤進入地下水，威脅著地下水飲水安全；在堆肥過程中，市政汙泥和畜禽糞便產生的滲濾液較少，但生活垃圾堆肥會產生大量的滲濾液，特別是在雨季，在這個過程中，生活垃圾中的重金屬也會溶解進入堆肥滲濾液。當含重金屬的堆肥施入土壌後，在降雨或灌溉條件下，其中的重金屬會連同有機物一起淋溶進入地下水，導致地下水受到汙染。堆肥滲濾液是ー種高濃度有機廢水，部分研究者將其作為堆肥補水進行回流利用，卻未考慮到其中重金屬的生物可利用性和由此帶來的生態環境風險，而受填埋垃圾滲濾液及堆肥淋溶液汙染的地下水，重金屬的生物可利用性評價更為重要，它直接關係著飲用水安全。已有的重金屬生物可利用性評價方法包括化學分級提取，包括BCR連續提取法和Tessir連續提取法，這種方法主要通過評價弱酸或水提取的重金屬的量評價重金屬的生物可利用性，該方法適用於固體樣品，但對於液體樣品是不可行的。另外ー種評價重金屬生物可利用性的技術為薄膜擴散梯度技術(Diffusive gradients in thin-filmstechnique, DGT)，它通過模擬生物吸收進行有效態重金屬的原位採集和測量，該技術適用於水體和含水率較高的沉積物。採用DGT技術測定水體中重金屬的生物可利用性，精度較高，但操作複雜、價格昂貴，不適合大規模測定。已有的研究顯示，水體中的重金屬高達80%，對於部分重金屬，甚至高達90%的是與有機物結合在一起的，有機物的組成和結構特徵直接影響著重金屬的生物可利用性。因此，通過測定與重金屬結合的有機物的結構，可以間接判斷滲濾液和受滲濾液/堆肥淋溶液汙染地下水中重金屬的生物有效性。滲濾液及受滲濾液汙染地下水中有機物可分為兩類，ー類為腐殖質物質，另ー類為非腐殖質物質，腐殖質物質帶有苯環結構，其非常難以被生物利用，並在一定光照激發下能產生螢光；非腐殖質物質包括糖類、脂肪、蛋白質及ー些小分子有機酸，這些物質中有一部分帶有共軛雙鍵結構或苯環結構如帶共軛雙鍵的脂肪酸和帶苯環結構的胺基酸，相對於其他小分子有機酸，也相對難以被生物利用，但相對腐殖質物質而言，其生物可利用性較強。根據文獻報導(Xi, B.D.，He, X. S.，Wei, Zl，Jiang, {. H.，Li，D.，Pan，H. W.，Liu, H. L，The composition and mercury compiexationcharacteristics of dissolved organic matter in landfill leachates withdifferent ages. Ecotoxicology and Environmental Safety，2012，86(I) :227-232)，若滲濾液和受滲濾液汙染地下水中重金屬主要結合在腐殖質上，則重金屬生物可利用性差，若重金屬結合在帶苯環類胺基酸、多肽等螢光物質上，則重金屬生物可利用性強，若重金屬主要結合在小分子有機非螢光物質上，則重金屬的生物可利用性極強。

發明內容
本發明的目的在於提供一種滲濾液及受滲濾液汙染水體中重金屬生物可利用性的評價方法，通過分析滲濾液和受滲濾液汙染水體中重金屬所結合有機物的種類，間接評價重金屬的生物可利用性。為實現上述目的，本發明提供的滲濾液及受滲濾液汙染水體中重金屬生物可利用性的評價方法，其主要步驟為A)採集滲濾液和/或受滲濾液汙染的水樣；B)將所採集樣品離心，收集上清液並過濾後調至0 < DOC < 10mg/L ；C)測定調整DOC後的濾液中的重金屬濃度，同時掃描該濾液的三維螢光光譜；D)將得到的三維螢光光譜數據進行平行因子分析，得樣品組分數、不同組分的相對濃度值Fmax，分析組分是屬於類蛋白組分還是類腐殖質組分；E)將樣品的重金屬濃度值與平行因子分析所得各組分的Fmax值進行相關性分析，得相關係數P值，根據P值大小與螢光組分類別將重金屬生物的可利用性分為極強、強、中和弱四等若只有類蛋白組分的Fmax值與重金屬濃度達到顯著相關(P< 0.05)，則重金屬生物可利用性強；若只有類腐殖質組分的Fmax值與重金屬濃度達到顯著相關(P < 0. 05)，則重金屬生物可利用性弱；若類蛋白組分和類腐殖質組分的Fmax值均與重金屬濃度達到顯著相關(P
<0. 05)，則與類腐殖質組分結合的重金屬生物可利用性高，而與類蛋白質組分結合的重金屬生物可利用性低，總體重金屬生物可利用性中等；若類蛋白組分和類腐殖質組分均與樣品中重金屬濃度未達到顯著相關(P<0. 05)，則樣品中重金屬主要結合在小分子非螢光有機物上，重金屬的生物可利用性極強。所述的方法中，滲濾液包括有機固體廢物填埋、堆放及堆肥過程產生的滲濾液。所述的方法中，採集的水樣總數小於12個，則在水樣過濾並測完DOC濃度後，將水樣用雙蒸水進行稀釋，獲得不同稀釋濃度的樣品，稀釋後樣品總數大於12個，且0 < DOC
<10mg/L。所述的方法中，平行因子分離所得的組分中，最大螢光峰的發射波長小於380nm的為類蛋白組分，最大螢光峰發射波長大於或等於380nm的為類腐殖質組分。所述的方法中，三維突光光譜掃描時激發波長為200_440nm,發射波長為280-550nm，激發和發射光譜狹縫寬帶設為l_5nm，掃描速度小於2400nm. min—1，PTM電壓=700vo所述的方法中，樣品的相關性分析在SPSS軟體中進行，相關係數選擇Pearson係數。本發明操作簡單安全，分析所需時間短，分析成本低。相對於通過DGT技術判斷重金屬的生物有效性，操作過程無需大量強酸，操作安全，並且不需要重金屬的富集過程和購買DGT技術所需凝膠。


圖1是本發明的流程示意圖。圖2是本發明平行因子分析所鑑定出的類腐殖質組分Cl (A)和類蛋白組分C2(B)兩個組分的三維螢光光譜。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式
進行說明。請參閱圖1。樣品採集。在北京某填埋場不同區域採集了 7個滲濾液樣品，並將其稀釋50倍，分別命名為L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7 ;此外，在填埋採集了 7個地下水樣品，分別命名為S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7 ；S4位於填埋場中，S5、S6、S7位於填埋場的上遊位置，S1、S2、S3位於填埋場的下遊。樣品前處理與溶解性有機碳(DOC)測定。將所採集樣品4°C下IOOOOrpm離心IOmin後，收集上清液並過孔徑為0. 45 ii m的濾膜，採用總有機碳分析儀測定其中DOC濃度後，除S4點的DOC濃度超過10mg/L需要加雙蒸餾水調整0 < DOC < 10mg/L，其餘樣品的DOC均小於10mg/L，無需調整，具體數據見表I。重金屬含量測定與三維螢光光譜掃描。測定調整好的濾液中重金屬的濃度，其濃度分布見表I。同時掃描調整後濾液的三維突光光譜，掃描完畢後的三維突光光譜數據進行平行因子分析，得到兩個組分數，分別為類腐殖質組分Cl和類蛋白組分C2，類腐殖質組分Cl和類蛋白組分C2兩個組分的三維螢光光譜圖如圖2(A)、⑶所示。其相對濃度值Fmax見表I。(E)相關性分析與重金屬生物可利用性定性評價。滲濾液中重金屬濃度與平行因子分析所得組分的Fmax進行相關性分析。發現滲濾液中重金屬除Cr與類腐殖質組分相對含量達到了顯著相關(P 0. 05)，顯示其主要結合在小分子有機酸上，生物可利用性極強。地下水中Cr和Zn濃度與兩類螢光組分相對濃度均未達到顯著水平(P > 0. 05)，顯示地下水中Cr和Zn主要結合在小分子有機酸上，生物可利用性高。地下水中CcUCu及Ni濃度與類蛋白組分和類腐殖質組分均達到顯著相關(P < 0. 05)，顯示地下水中這三種重金屬主要結合在類腐殖質物質和類蛋白物質上，重金屬生物可利用性中等。表1:滲濾液及滲濾液汙染地下水中重金屬及螢光組Cl、C2的相對含量值Fmax (Cl)和 Fmax(C2)
權利要求
1.一種滲濾液及其汙染水體中重金屬生物可用性的評價方法，其主要步驟為 A)採集滲濾液和/或受滲濾液汙染的水樣； B)將所採集樣品離心,收集上清液並過濾後調至O< DOC < 10mg/L ； C)測定調整DOC後的濾液中重金屬濃度，同時掃描該濾液的三維螢光光譜； D)將得到的三維螢光光譜數據進行平行因子分析，得樣品組分數、不同組分的相對濃度值Fmax，分析組分是屬於類蛋白組分還是類腐殖質組分； E)將樣品的重金屬濃度值與平行因子分析所得各組分的Fmax值進行相關性分析，得相關係數P值，根據P值大小與螢光組分類別將重金屬的生物可利用性分為極強、強、中和弱四等 若只有類蛋白組分的Fmax值與重金屬濃度達到顯著相關P < O. 05，則重金屬生物可利用性強； 若只有類腐殖質組分的Fmax值與重金屬濃度達到顯著相關P < O. 05，則重金屬生物可利用性弱； 若類蛋白組分和類腐殖質組分的Fmax值均與重金屬濃度達到顯著相關P O. 05，則樣品中重金屬主要結合在小分子非螢光有機物上，重金屬的生物可利用性極強。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，滲濾液包括有機固體廢物填埋、堆放及堆肥過程產生的滲濾液。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，採集的水樣總數小於12個，則在水樣過濾並測完DOC濃度後，將水樣用雙蒸水進行稀釋，獲得不同稀釋濃度的樣品，稀釋後樣品總數大於12個，且 O < DOC < 10mg/L。
4.根據權利要求1所述的方法，其中，平行因子分離所得的組分中，最大螢光峰的發射波長小於380nm的為類蛋白組分，最大螢光峰發射波長大於或等於380nm的為類腐殖質組分。
5.根據權利要求1所述的方法，其中，三維突光光譜掃描時激發波長為200-440nm,發射波長為280-550nm，激發和發射光譜狹縫寬帶設為l_5nm，掃描速度小於2400nm. min-1，PTM 電壓=700v。
6.根據權利要求1所述的方法，其中，樣品的相關性分析在SPSS軟體中進行，相關係數選擇Pearson係數。
全文摘要
一種滲濾液及其汙染水體中重金屬生物可用性的評價方法，其主要步驟包括滲濾液和/或受滲濾液汙染水體採集，樣品的提取和純化，樣品中溶解性有機碳(DOC)濃度測定與調整，調整後樣品的重金屬含量測定，調整後樣品的三維螢光光譜掃描與掃描數據的平行因子分析，樣品中重金屬濃度與平行因子所得組分相對濃度值的相關性分析，根據相關性分析所得結果定性評價重金屬生物可利用性。該方法操作簡單安全，分析所需時間短，分析成本低。
文檔編號G01N21/64GK103018225SQ20121055893
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月20日 優先權日2012年12月20日
發明者何小松, 席北鬥, 李翔, 許其功, 潘紅衛, 白順果 申請人:中國環境科學研究院