堆放垃圾渗滤液水溶性有机物的荧光特性

中国环境科学2010,30(6)：752~757ChinaEnvironmentalScience堆放垃圾渗滤液水溶性有机物的荧光特性何小松1,2,席北斗2,魏自民1*,李鸣晓2,3,苏婧2,耿春茂1,2,王威1,胡春明1,2(1.东北农业大学生命科学学院,黑龙江哈尔滨150030；2.中国环境科学研究院水环境系统工程研究室,北京100012；3.东北农业大学农学院,黑龙江哈尔滨150030)摘要：为揭示堆放垃圾渗滤液物质组成特性及其变化规律,采用三维荧光光谱,对4个不同垃圾堆场渗滤液水溶性有机物(DOM)进行了研究.结果显示,堆放垃圾渗滤液样品S1中含有2类蛋白荧光峰:类酪氨酸荧光峰和类色氨酸荧光峰,其他3个样品(S2、S3及S4)只含有类色氨酸荧光峰,此外还出现了类腐殖质荧光峰,且不同样品中该峰的数目、类型及位置均存在差异,显示渗滤液样品S1只含有类蛋白类物质,而其他3个样品除此之外还含有类腐殖质物质,且腐殖化程度各异.类蛋白类物质-Hg(II)配位研究显示,与类色氨酸荧光峰相比,类酪氨酸荧光峰更易受介质微环境改变影响;室温培养模拟研究显示,与类腐殖质物质相比,类蛋白类物质更易发生降解.三维荧光光谱可以有效表征堆场渗滤液DOM物质组成及其变化规律.关键词：堆放垃圾；渗滤液；水溶性有机物；三维荧光光谱中图分类号：X705文献标识码：A文章编号：1000-6923(2010)06-0752-06Fluorescencecharacteristicsofdissolvedorganicmatterfromdumpedwasteleachate.HEXiao-song1,2,XIBei-dou2,WEIZi-min1*,LIMing-xiao1,3,SuJing2,GENGChun-mao1,2,WANGWei1,HUChun-ming1,2(1.CollegeofLifeScience,NortheastAgriculturalUniversity,Harbin150030,China；2.LaboratoryofWaterEnvironmentalSystemEngineering,ChineseResearchAcademyofEnvironmentalScience,Beijing100012,China；3.CollegeofAgriculture,NortheastAgriculturalUniversity,Harbin150030,China).ChinaEnvironmentalScience,2010,30(6)：752~757Abstract：Inordertorevealthecharacteristicsofcompositionofleachatesfromdumpedwasteandtheirvariations,three-dimensionalexcitation-emissionmatrixfluorescencespectroscopy(3DEEM)wereappliedfordissolvedorganicmatter(DOM)ofleachatesextractedfromfourdifferentdumpedwaste.LeachatesampleS1containedtwodifferentkindsofprotein-likefluorescencepeak,i.e.,tyrosine-likeandtryptophan-likefluorescencepeaks.Theotherthreesamples(S2,S3andS4),however,inadditiontotryptophan-likefluorescence,containedhumus-likefluorescencepeaksaswell,andthenumber,typeandlocationofthepeaksweredifferentinaccordingtosamples.LeachatesamplesS1containedonlyprotein-likematter,whiletheotherthreesamplescontainedbothhumus-likematterandprotein-likematter,andthedegreeofhumificationofhumus-likemattervariedindifferentsamples.Thecomplexationbetweentheprotein-likematterinsampleS1andHg(II)indicatedthat,comparedwithtryptophan-likefluorescencepeak,tyrosine-likefluorescencepeakcouldbemoreeasilyimpactedbythemicro-environmentalchange;theresultsofcultureexperimentsatroomtemperaturedemonstratedthat,protein-likesubstancecouldbeeasilybroken,whilehumus-likesubstanceshownstrongresistancetomicrobe.3DEEMcouldbeeffectivelycharacterizedthecompositionofDOMofleachatesfromdumpedwasteandtheirvariations.Keywords：dumpedwaste；leachate；dissolvedorganicmatter；three-dimensionalexcitation-emissionmatrixfluorescencespectroscopy由于经济、技术等原因,我国有相当一部分城镇生活垃圾露天堆放处理.据朱青山等[1]的调查显示,在三峡工程淹没区,堆放垃圾总量已达330万t,分布在140多个堆放点.李霖滨等[2]的统计表明,截止2005年底,我国非卫生填埋及堆放处理垃圾量已达60亿t.垃圾堆放不仅占据大量土收稿日期：2009-10-14基金项目：国家“973”项目(2005CB724203);国家自然科学基金资助项目(50878201);黑龙江省自然科学基金资助项目(C200901)*责任作者,教授,[e-mail]6期何小松等：堆放垃圾渗滤液水溶性有机物的荧光特性753地,而且产生大量的渗滤液.垃圾渗滤液中含有多种污染成分,水溶性有机物(DOM)是其中很重要的一类污染物,其含量占渗滤液总有机碳的80%以上[3].因此,对渗滤液DOM物质组成的研究,可以有效表征不同垃圾堆场的物质组成及污染特性,为堆放垃圾的管理及渗滤液处理提供借鉴.渗滤液DOM组成复杂,含有挥发性有机酸、多聚糖、腐殖质等多种有机成分,目前对渗滤液DOM物质组成特性的分析,应用较多的有GC-MS联用、红外光谱和核磁共振等技术[4-7].GC-MS联用可确定渗滤液DOM物质种类,红外光谱法可以辨别化合物的特征官能团,核磁共振法可提供有机分子骨架的信息,敏感地反映碳核所处化学环境的细微差别.不足的是,采用上述技术研究渗滤液DOM时,样品前处理复杂,不利于连续快速分析.荧光光谱是基于分析物质中含有大量带有各种低能量π-π*跃迁的芳香结构或共轭生色团以及未饱和脂肪链分析有机物的,它具有样品前处理简单、分析快捷(约1min)、灵敏度高(10-9数量级)、用量少(1~2mL)和不破坏样品结构等优点[8],自从1949年Kalle开创性地将其应用于有机质结构特征研究后,荧光光谱便广泛应用于不同来源DOM物质组成特性的分析[9-12].三维荧光光谱能够获得激发波长和发射波长同时改变的光谱信息,反映出化合物完整的荧光信息,可以将DOM中各种类型的荧光物质一一地表征出来,如类蛋白类物质、类腐殖质物质.本研究以4个不同堆放垃圾渗滤液DOM为研究对象,分析了其三维荧光光谱特性及其变化规律,以期为堆放垃圾的管理及环境风险评价提供依据.1材料与方法1.1样品采集与预处理供试渗滤液于2007年6月取自4个不同的垃圾堆放地,分别编号为S1、S2、S3及S4.S1取自某小区临时垃圾堆存点,基本上为新鲜生活垃圾所产生;S2、S3分别取自2个不同的街道角落堆存垃圾,由混合在一起的新旧垃圾共同产生;S4取自一废弃的垃圾堆场,为陈腐垃圾所产生.样品采集后,于12000r/min离心20min,并将上清液过0.45μm的滤膜,滤液中有机物即为渗滤液DOM.1.2类蛋白物质-Hg(II)配位反应实验为了分析类蛋白物质与Hg(II)的配位作用,取7个50mL的锥形瓶,每个瓶中均加入样品S1溶液20mL,然后分别滴加浓度为0.01mol/L或0.001mol/L的Hg(NO3)2溶液,使7个锥形瓶中的Hg(II)浓度依次为0,1,2,3,4,5,6µmol/L,使用2种浓度(0.1mol/L和0.01mol/L)的HClO4和NaOH溶液调各样品pH8.0±05,加入的酸碱试剂总量不超过100µmol,忽略浓度稀释效应,在恒温震荡器中30℃、180r/min避光震荡24h,相同温度下再避光静止4h,待反应平衡后,进行光谱测定[13].1.3水溶性有机物恒温培养实验将所采集的渗滤液样品S3置于30℃恒温培养箱培养30d,然后进行荧光测试.1.4荧光光谱测定荧光光谱测定采用仪器为PerkinElmerLu-minescenceSpectrometerLS50B.该仪器的主要性能参数如下,激发光源:150W氙弧灯;PMT电压:700V;信噪比110;带通(Bandpass):Ex=10nm;Em=10nm;响应时间:自动;扫描光谱进行仪器自动校正.三维荧光光谱测定时激发波长Eex=200~450nm,发射波长Eem=300~550nm,扫描速度:1200nm/min.2结果与讨论2.1不同垃圾堆场渗滤液DOM荧光特性由图1可见,样品S1的三维荧光光谱图出现了4个荧光峰:Peak1、Peak2、Peak3和Peak4,其最大荧光峰位置所对应激发/发射波长依次为275/315nm、220/315nm、275/350nm及220/348nm.根据Clobe等[8-9,12]的报道可知,上述4个荧光峰均为类蛋白荧光峰,其中Peak1、Peak2为类酪氨酸荧光峰,与酪氨酸及其代谢产物有关;Peak3、Peak4为类色氨酸峰,peak4与色氨酸及其代谢物有关,Peak3除了与色氨酸有关外,一些可溶性微生物代谢副产物和苯酚类物质也在该处出现荧光峰[14].Hudson等[15]认为,当色氨酸在Peak3754中国环境科学30卷和Peak4位置处出现荧光峰时,与其存在形态无关,即色氨酸无论是游离态,还是以结合态形式存在多肽、蛋白质或腐殖质类物质中,均会在Peak3和Peak4的位置处出现荧光峰,由于在样品S1的三维荧光光谱图中未出现与腐殖质有关的荧光峰——类腐殖质峰,因此,Peak3、Peak4中的色氨酸只能为游离态或结合在非腐殖质物质上.此外,已有研究表明[14],三维荧光光谱中类蛋白荧光峰的出现与微生物活动有关,可以通过环境中微生物的活动形成,因此,样品S1中Peak1、Peak2、Peak3和Peak44个荧光峰的出现,表明在堆放垃圾渗滤液中微生物活跃,其水溶性有机物中含有大量的垃圾降解产物.与样品S1相比,样品S2三维荧光光谱图中类酪氨酸荧光峰Peak1、Peak2消失了,同时在激发/发射波长为310/435nm处新出现了Peak5(图1),Antīzar-Ladislao等[16]指出,该峰的出现预示着堆肥过程中胡敏酸的形成.因此,这表明在样品S2中,除了类蛋白类物质外,还含有胡敏酸物质,样品S2所在堆场垃圾进行了腐殖化过程.300350400450500200250300350400450Eem