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生活垃圾填埋场腐殖垃圾腐殖质表征及重金属生物有效性初步研究

作　者: 吴军
导　师: 赵由才
学　校: 同济大学
专　业: 环境工程
关键词: 腐殖垃圾腐殖质分析表征重金属形态分析生物有效性
分类号: X799.3
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

我国有数亿吨腐殖垃圾分布于众多的生活垃圾临时堆场和填埋场,不仅占用大量土地,而且影响周围环境,污染地下水。腐殖垃圾资源化利用是最理想的解决方案之一。腐殖质作为腐殖垃圾大规模资源化利用的物质基础,在前期利用矿化垃圾处理各种类型有机污水特别是渗滤液的研究中已经得到初步确认。本论文以腐殖垃圾腐殖质作为研究对象,通过腐殖质的分析表征,研究腐殖垃圾腐殖化进程的规律,为腐殖垃圾资源化利用技术的研发和优化提供理论支持。同时通过研究腐殖垃圾重金属在腐殖垃圾-速生意杨系统中的生物有效性,为腐殖垃圾的土地利用提供理论依据。根据前期研究工作的成果选择封场6-10年即1994-1998年封场单元的腐殖垃圾进行研究。样品采集采用分层随机采样方法,将每个封场时间的腐殖垃圾分为两个层代表生活垃圾非随机不均匀性的特征,即春夏季垃圾以瓜果含量较高的特征为一个层和秋冬季垃圾以蛋白质食物含量较高的特征为另外一个层。每层按随机方法采集四个点位的腐殖垃圾样品。样品现场采集后立即过10mm筛,在实验室中先将样品在避光处风干,然后过2mm尼龙筛,分别制成过20目和60目的样品用作腐殖质的提取和腐殖垃圾有机碳含量、重金属总量的测定。腐殖垃圾腐殖质的分离和提纯方法在传统方法的基础上进行改进,用0.45μm微滤膜真空抽滤的方法替代巴氏抽滤棒抽滤去除HA溶液中的粘土胶粒;用SIPI-40国产大孔吸附树脂富集替代活性炭吸附的方法提纯FA,得到灰分满足要求的HA和FA样品。腐殖垃圾腐殖质分析表征研究包括定量分析表征,光谱分析,分子量分布分析及裂解色质联用分析几个部分。定量分析表征包括腐殖垃圾有机碳含量、有机无机复合量及复合度、腐殖质结合态分组的测定,以及FA和HA样品元素分析和热分析研究。有机碳含量测定是腐殖垃圾腐殖质定量表征的基础,主要反映腐殖垃圾腐殖质碳的含量。采用Hach公司推荐重铬酸钾容量法(105℃消解120min)测定腐殖垃圾有机碳含量(5.64～8.49%)低于TOC仪器法测定的结果(7.72～15.33%),更接近于腐殖垃圾腐殖质碳的含量。封场时间越长的腐殖垃圾有机碳含量越高,反映腐殖质不断积累的变化规律。有机无机复合量和复合度反映形成有机-粘粒及有机-矿质复合体的腐殖质的量。腐殖垃圾有机无机复合量随封场时间的增加而增大(2.21～3.27%),但复合度相对稳定,反映复合量增长的速度与有机碳含量增长的速度相当。腐殖垃圾的

全文目录

摘要  6-11
  关键词:腐殖垃圾，腐殖质，分析表征，重金属，形态分析，生物有效性  10-11
ABSTRACT  11-21
第一章引言  21-45
  1.1 课题来源  21
  1.2 研究背景和选题依据  21-23
  1.3 课题研究目的及意义  23-24
    1.3.1 城市生活垃圾填埋处理发展过程中亟待解决的一个难题  23
    1.3.2 腐殖垃圾资源化道路是理想的解决方案  23
    1.3.3 实现腐殖垃圾资源化利用的重大意义  23-24
  1.4 文献综述  24-42
    1.4.1 概论  24-25
    1.4.2 土壤有机质在地球物质循环中的地位和作用  25-26
    1.4.3 土壤腐殖质的提取和分离技术  26-29
    1.4.4 土壤腐殖质的分析表征技术  29-38
      1.4.4.1 降解技术分析腐殖质的组分  31-32
      1.4.4.2 腐殖质的光谱分析技术  32-37
      1.4.4.3 土壤腐殖质分析表征的其它技术  37-38
    1.4.5 腐殖质形成的生物学及地质化学原理  38-42
      1.4.5.1 生物学机理  38-41
      1.4.5.2 地质化学原理  41-42
  1.5 研究内容和方法  42-45
    1.5.1 主要研究内容  42
    1.5.2 研究方法  42-44
    1.5.3 课题的创新点  44-45
第二章填埋场腐殖垃圾腐殖质提取、分离和提纯方法研究  45-55
  2.1 老港填埋场简介  45
  2.2 腐殖垃圾样品的采集和制备  45-50
    2.2.1 采样方案的设计  45-49
      2.2.1.1 采样误差的来源  45-46
      2.2.1.2 固体废弃物样品常用采样方法  46-48
      2.2.1.3 采样方案的设计  48-49
    2.2.2 腐殖垃圾样品的制备  49-50
  2.3 腐殖垃圾腐殖质的提取、分离和提纯方法研究  50-53
    2.3.1 方法的选择  50
    2.3.2 实验步骤  50-53
    2.3.3 HA和FA提纯方法改进前后样品灰分的比较  53
  2.4 本章小结  53-55
第三章腐殖垃圾腐殖质的定量表征  55-81
  3.1 实验数据的统计处理方法  55-56
  3.2 腐殖垃圾有机碳含量测定  56-60
    3.2.1 腐殖垃圾有机碳测定方法的比选  56-60
      3.2.1.1 TOC仪器法与重铬酸钾容量法测定腐殖垃圾有机碳的比较研究  56-58
      3.2.1.2 不同氧化条件重铬酸钾容量法的比较研究  58-60
    3.2.2 腐殖垃圾有机碳变化规律  60
  3.3 腐殖垃圾腐殖质有机无机复合度测定  60-63
    3.3.1 有机无机复合度测定实验方法  61
    3.3.2 腐殖垃圾有机无机复合量(度)与封场时间的关系  61-63
      3.3.2.1 1994年封场腐殖垃圾有机无机复合量与复合度的测定及统计分析  61-62
      3.3.2.2 腐殖垃圾样品有机无机复合量和复合度与封场时间的关系  62-63
  3.4 腐殖垃圾腐殖质结合态分组研究  63-66
    3.4.1 腐殖垃圾腐殖质分组的实验方法  63
    3.4.2 腐殖垃圾腐殖质结合态分组变化规律  63-66
      3.4.2.1 LA94腐殖垃圾样品腐殖质结合态分组测定及统计分析  63-64
      3.4.2.2 LA94-LA98腐殖垃圾腐殖质结合态分组变化规律  64-66
  3.5 腐殖垃圾腐殖质样品元素分析  66-67
  3.6 腐殖垃圾腐殖质样品热分析  67-79
    3.6.1 实验仪器和方法  67-69
    3.6.2 腐殖垃圾HA系列样品热分析  69-74
    3.6.3 腐殖垃圾FA系列样品热分析  74-77
    3.6.4 腐殖垃圾 HA系列样品热分析反应动力学参数表观活化能的比较  77-79
  3.7 本章小结  79-81
第四章腐殖垃圾腐殖质的光谱分析  81-101
  4.1 FTIR(Fourier变换红外光潜)光谱分析  81-91
    4.1.1 FTIR光谱分析的实验方法  81
    4.1.2 腐殖垃圾腐殖质FA样品的FTIR红外光谱及基团分析  81-85
    4.1.3 腐殖垃圾腐殖质HA样品FTIR红外光谱图及基团分析  85-89
    4.1.4 腐殖垃圾HA与FA样品，HA与污泥堆肥样品，垂直取样的HA样品FTIR光谱的比较  89-91
  4.2 分子荧光光谱分析  91-98
    4.2.1 荧光光谱分析样品的准备和实验方法  91-92
      4.2.1.1 FA样品荧光分析使用液的配制  92
      4.2.1.2 HA样品荧光光谱分析使用液的配制  92
      4.2.1.3 实验方法  92
    4.2.2 腐殖垃圾腐殖质 HA样品荧光光谱分析  92-96
    4.2.3 腐殖垃圾腐殖质FA样品荧光光谱分析  96-98
  4.3 紫外/可见光谱分析  98-99
    4.3.1 紫外/可见光谱分析的实验方法  98
    4.3.2 腐殖垃圾腐殖质HA和FA样品紫外/可见吸收光谱  98-99
  4.4 本章小结  99-101
第五章腐殖垃圾腐殖质分子量分布及结构组成研究  101-125
  5.1 腐殖垃圾腐殖质样品分子量分布研究  101-113
    5.1.1 大分子聚合物平均分子量及分子量分布  101-102
    5.1.2 腐殖垃圾腐殖质样品凝胶色谱分析的仪器和实验方法  102-107
      5.1.2.1 凝胶色谱仪及附件  102-103
      5.1.2.2 实验方法及标准曲线  103-107
    5.1.3 腐殖垃圾FA样品表观分子量分布规律  107-111
    5.1.4 腐殖垃圾HA样品表观分子量分布规律  111-113
  5.2 腐殖垃圾腐殖质样品裂解色质联用分析(Py一GC/MS)  113-124
    5.2.1 腐殖质Py-GC/MS分析的特点、不足和可能的解决办法  113
    5.2.2 实验方法  113-114
    5.2.3 腐殖垃圾系列HA样品(610℃)Py-GC/MS分析  114-124
  5.3 本章小结  124-125
第六章老港填埋场腐殖垃圾重金属污染评估  125-137
  6.1 腐殖垃圾重金属总量测定和形态分析方法  125-126
  6.2 不同封场时间腐殖垃圾重金属总量测定及污染评估  126-129
    6.2.1 不同封场时间腐殖垃圾与参比样品重金属总量的比较  126
    6.2.2 基于腐殖垃圾重金属总量测定结果的重金属污染评估  126-129
  6.3 腐殖垃圾重金属形态分析研究  129-135
    6.3.1 腐殖垃圾与参比样品重金属不同物理形态含量的比较  129-134
    6.3.2 基于形态分析结果的腐殖垃圾重金属污染评估  134-135
  6.4 本章小结  135-137
第七章老港填埋场腐殖垃圾-速生意杨系统重金属生物有效性研究  137-150
  7.1 老港填埋场植物样品的采集和制备  137-138
    7.1.1 植物样品的采集  137-138
    7.1.2 植物样品的制备  138
  7.2 植物样品重金属含量的测定  138-139
  7.3 重金属元素在意杨根、茎、叶中的分布规律  139-141
  7.4 腐殖垃圾重金属锌的生物有效性研究  141-149
    7.4.1 重金属非残渣态锌生物有效性研究  141-143
    7.4.2 重金属可交换态锌生物有效性研究  143
    7.4.3 重金属碳酸盐结合态锌生物有效性研究  143
    7.4.4 重金属铁锰氧化态锌生物有效性研究  143
    7.4.5 重金属有机结合态锌生物有效性研究  143-149
  7.5 本章小结  149-150
第八章结论与研究展望  150-155
  8.1 结论  150-153
  8.2 理论和实践意义  153-154
  8.3 研究展望  154-155
致谢  155-156
参考文献  156-163
附录1 砂浴加热(105℃，120 min)重铬酸钾容量法测定腐殖垃圾有机碳实验步骤  163-165
附录2 腐殖垃圾有机无机复合度测定方法的原理和实验步骤  165-169
  2.1 有机无机复合度测定方法原理  165-167
  2.2 有机无机复合度测定实验步骤  167-169
附录3 腐殖垃圾腐殖质结合态分组的实验方法  169-171
附录4 LA9401-LA9408腐殖垃圾腐殖质结合态分组数据统计分析  171-172
附录5  172-201
  LA94-HA热解(610℃)产物质谱识别结果  172-178
  LA95-HA热解(610℃)产物质谱识别结果  178-184
  LA96-HA热解(610℃)产物质谱识别结果  184-190
  LA97-HA热解(610℃)产物质谱识别结果  190-196
  LA98-HA热解(610℃)产物质谱识别结果  196-201
附录6  201-206
  LA94-HA样品裂解产物峰面积列表  201-202
  LA95-HA样品裂解产物峰面积列表  202-203
  LA96-HA样品裂解产物峰面积列表  203-204
  LA97-HA样品裂解产物峰面积列表  204-205
  LA98-HA样品裂解产物峰面积列表  205-206
附录7 重金属形态分析实验方法  206-208
个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果  208-209
  主要经历  208
  参与科研工作和奖励  208-209
  发表文章和参与编写的书籍  209

生活垃圾填埋场腐殖垃圾腐殖质表征及重金属生物有效性初步研究

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