文 献 综 述

1.1 引言

水溶性有机物（dissolved organic matter，DOM）是指在室温及天然pH条件下土壤、垃圾渗滤液等物质中能够进入水相的天然有机物质，是陆地和水生生态系统中极为活跃的有机组分。近几年研究的DOM大多来源于垃圾渗滤液和城市污泥，其中污染性强的渗滤液来源于生活垃圾的填埋，在垃圾渗滤液中含有大量的水溶性有机质。而城市污泥也是我国当前亟需解决的固体废弃物，污泥堆肥化处理后再进行土地利用已被认为是污泥无害化和资源化的重要途径，然而污泥堆肥的腐熟度在很大程度上决定了污泥堆肥的农用效果[1]。污泥中的固相组分不及水溶性有机质，后者的成分变化更能灵敏地反映堆肥的腐熟状况，因此可以考虑研究DOM在堆肥过程中理化特性的变化，并通过对物化性质各项指标数据的观察和探讨，最后判断是否将其作为可靠的污泥堆肥腐熟度指标。可见，对于污泥DOM的研究将有利于对污泥堆肥化的有效处置。

另外，现在对水溶性有机质的研究大部分是关于对土壤中有机物质的吸附-解吸以及迁移的影响，经研究表明：DOM是一种具有表面活性的物质[2]，其能作为无机、有机污染物的转移载体，促使污染物在环境中迁移，有利于污染物的去除[3-5]。也有一些是关于对土壤中重金属的吸附-解吸以及迁移的影响研究，更大范围的则是对重金属的环境行为影响研究，但较为常见的是Pb、Cd，对砷离子吸附的影响研究尚未见有报道。本文首先将选用南京市某污水处理厂的剩余污泥作为DOM的提取材料，通过室内吸附实验研究不同分子量组分DOM对土壤或者污泥中的不同价态的砷离子（包括三价砷和五价砷）迁移的影响，以期对受砷离子污染的对象进行修复、为阻止污泥中的砷离子向作物、地下水和地表水的传输以及污水中的砷离子残留在污水中和更科学为砷离子污染的生态风险评估工作提供理论依据。然后通过土柱淋溶实验探究污泥、污泥不同浓度DOM及DOM不同分子量组分对土壤中Cd的淋滤作用影响，以期阐明污泥及其DOM对土壤Cd的影响程度和影响机理。还需要说明的是，由于当今社会的城市污泥产量大、成分复杂，同时还挥发出恶臭，因此如果能够利用污泥及污泥中的有效成分，不仅能减小污泥的排放量，还能够降低污泥本身对环境和人类的危害，通过实验研究有机物质和污泥中的重金属以及无机物质的作用机理，对于以后的实践工作具有很大帮助，拥有很好的前景。

1.2 DOM的理化性质

1.2.1 DOM的含量

DOM含量的主要影响因素是物料的来源。DOM含量不同很大程度上是因为提取得到的DOM中所含蛋白质、有机酸等所占比例有差异。卢燕宇等[6]的实验结果就证明了这一点，实验选用了4种物料，其中绿肥DOM含量最高，下面依次是污泥、猪粪、水稻土，其中猪粪DOM为污泥的一半，而水稻土DOM与其他物料相比低了2～3个数量级。因此有机物料投加到土壤时，土壤环境中的DOM含量会大大提高。如果施入同样多的绿肥、污泥、猪粪以及水稻土，土壤中的DOM含量一样会差别很大，那么导致的结果就是对重金属络合、吸附等环境行为的影响程度也会有所高低。

1.2.2 DOM的分子量分级

一些低聚糖以及简单的有机酸等物质是小分子量DOM的主要组成部分，而多糖、多肽等物质则在大分子量DOM中所占比例较大[7]。因此，若DOM中大分子组分所占比例较大，则其对疏水性强的污染物的影响要比大分子组分含量低的DOM大。占新华[1]等以堆肥起始、堆肥过程和堆肥结束三个阶段的堆肥样品为材料进行实验，结果表明，随着堆肥进行，DOM中分子量小于1000Da的小分子由54.3%减为41.2%，呈降低趋势；而分子量在1000-25000Da和大于25000Da的DOM分子分别由4.1%和41.6%增为8.1%和50.7%，呈增加趋势，而且这种不同分子量级DOM的减少和增加与堆肥时间密切相关，呈显著的线性关系。

1.2.3 DOM极性组分含量

DOM中的亲水性组分含量用来表示DOM的极性大小，即DOM极性越大就表明其中疏水性组分含量越少。一般来说，亲水性组分主要包括简单的脂肪酸、多元酚、醛糖、氨基糖和氨基酸这些碳氮比低的物质，以此其分子量相对较低，结构也很简单。而疏水性组分因包含复杂的有机成分和饱和脂肪酸等物质，其碳氮比和分子量较都高。因此，分子量越低，则亲水性组分含量越多，极性越强，即分子量的变化在一定程度上可以反映出DOM的极性变化趋势。Leenheer[16]将DOM利用XAD树脂分为6级：疏水中性组分、疏水酸性组分、疏水碱性组分和亲水酸性组分、亲水中性组分、亲水碱性组分。占新华等[6]在Leenheer实验的基础上尝试转变，他用XAD-7树脂代替了XAD树脂，DOM被XAD-7树脂分为2级：疏水性组分和亲水性组分。绿肥DOM、污泥DOM、猪粪DOM和水稻土DOM中，在绿肥DOM中亲水性组分是所占比例最大的，其次是猪粪DOM和污泥DOM，水稻土则最低。有研究指出，大分子的疏水性DOM组分能够比较容易地和疏水性有机污染物如PAHs等形成配合物，这样便可抑制土壤对PAHs的吸附，且可促进土壤吸附菲之后的解吸[8]。周立祥等[1]以堆肥起始、堆肥过程和堆肥结束三个阶段的堆肥样品为材料进行实验，结果表明，堆肥起始至结束，亲水性DOM组分从52.8%减至43.6%，而疏水性组分由47.2%增为56.4%，堆肥结束时疏水性组分/亲水性组分大于1。王艮梅[9]经过研究发现，在无抑菌剂的条件下，绿肥、猪粪DOM在经过土柱后，其淋滤液DOM的极性有所降低，这说明淋滤液中DOM疏水性含量相对增加了。

1.2.4 DOM的生物可降解性

周立祥等[6]根据不同物料的DOM的5d生物降解率得到，绿肥DOM的生物降解率最高，其次是污泥，然后是猪粪，水稻土最低。亲水性组分含量高的DOM其生物降解率也高，容易被微生物降解。也就是说，低分子量、低碳氮比的物质易被微生物所利用，从而被微生物所降解，而且低分子量、低碳氮比的物质在环境中存在的时间也相对较短，因此其相应的环境效应持续时间也较短。Dilling等[10]通过研究发现，DOM中的亲水性组分要比疏水性组分更容易被微生物所降解。Wagai等[11]通过实验得到更进一步的结论：生物主要降解DOM中的亲水中性组分，并且绝大多数DOM能在3d内被降解。

1.3 DOM对土壤中重金属环境行为的影响

1.3.1 DOM对重金属溶解性的影响

简单说来，DOM能够提高重金属的溶解度是因为DOM拥有许多螯合/络合基团。其原理是DOM所含基团能够和重金属发生络合反应形成金属-有机配合物，从而增大了重金属的溶解度，这样也就减少了土壤对重金属的吸附。Ryan等[18]在研究中发现在若有DOM存在，Pb2 的溶解度会提高，这应该是由于Pb2 和DOM的络合/螯合基团发生络合反应，从而减少了Pb2 在土壤表面的吸附。另外，Castilho等[29]研究发现，如果向土壤投加浓度更高的DOM，Cd2 和Zn2 的溶解浓度就会提高30%以上，甚至可达100%。猪粪DOM中的羧基官能团能与Cu2 结合，且其结合能力和胡敏酸与Cu2 的结合能力相近，若土壤中包含两倍浓度的羧基官能团，则它的最大结合能力更高[30]。

DOM的浓度对重金属的溶解也有很大的影响。由于DOM与重金属形成络合物，重金属的溶解度会有一定程度的提高。Weng L P等[19]通过测量发现DOM络合重金属，能使重金属的溶解度能够提高两个数量级以上，而且随着DOM浓度的提高，重金属的溶解度和移动性也得到相同提高。Sebastien S等[31]研究发现，DOC含量若增加300%～400%，那么可溶性Cu2 的溶解度可增加400%～500%。

1.3.2 DOM对重金属吸附的影响

DOM会对重金属的吸附解吸行为产生影响是因为在溶液中会存在DOM可以优先吸附在土壤表面或是DOM的竞争吸附现象，从而减少了重金属在土壤表面的吸附。