9种邻苯二甲酸酯化合物的模拟曝气降解研究(1)

9 9 种邻苯二甲酸酯化合物的模拟曝气降种邻苯二甲酸酯化合物的模拟曝气降 解研究解研究(1)(1) 摘要：邻苯二甲酸酯是一类全球性的重要污染物，本 课题进行了 9 种邻苯二甲酸酯化合物的模拟曝气生物降解 行为研究。结果表明，邻苯二甲酸酯的降解速率常数 （kb）与其烷基链长度之间存在良好的相关性，lnkb=。降 解半衰期与烷基链长度同时存在相关，t1/2=。 关键词：邻苯二甲酸酯模拟曝气法生物降解 AerobicDegradationof9PhthalicAcidEsters Abstracts:Phthalicacidestersareagroupofglobalenviro nmentalpollutants.Inthispaper,biodegradationexperim entsof9PAEswerecarriedoutwithacclimatedinoculationT heresultsshowedthatbiodegradationrateconstantsof9PA Esdecreased,andbiodegradationhalf- lifetimeincreased,withtheincreaseofalkylchainlength;T herehavebeencorrelationsbetweenalkylchainlengthandb iodegradationrateconstant or half- lifetime,relationalequation:lnkb=2-,t1/2=2-。 Keywords:Phthalicacidesters,Aerobicdie- awaydegradationmethod,Biodegradation.，Correlation. 1 前言 邻苯二甲酸酯（简称 PAEs）通常用作农药载体、驱虫 剂、化妆品、香味品、润滑剂、以及去泡剂的生产原料； 较高分子量的 PAEs 因其具有稳定性、流动性和低挥发性， 也被广泛用作塑料增强剂和改性剂1,2。商品化使用的邻 苯二甲酸酯类化合物约有 14 种，其中 6 种被美国 EPA 列为 优污染物3;3 种被我国列为先监测污染物4。有证据表 明，邻苯二甲酸酯类化合物中约一半是环境激素5,6。据 报导，在土壤、水体、大气、生物甚至人体等自然环境和 人类环境中都已发现邻苯二甲酸酯的分布7。城市、小城 镇的生活垃圾和渗滤液中也含有浓度显著的邻苯二甲酸酯。 生物降解是环境污染物降解和消失的要途径。目前， 国内外对该类化合物的研究主要集中在微生物优势种的筛 选，单个化合物尤其是邻苯二甲酸二丁酯、二辛酯的降解 机理研究，而系统地从结构与降解相关性出发，用污水处 理厂活性污泥进行研究报道不多。研究有机物生物降解性 与化合物结构的相关性，对于深入认识有机物生物降解规 律，揭示有机物生物降解机理，预测有机物生物降解特性， 都具有重要作用。本课题采用模拟曝气衰变法模拟废水处 理厂，研究了邻苯二甲酸酯的生物降解行为和影响因素， 探索了邻苯二甲酸酯类化合物化学结构与生物降解之间的 关系。研究结果对含邻苯二甲酸酯的废水生物处理，受邻 苯二甲酸酯污染的环境原位生物修复等都具有理论及实际 指导意义。 2 材料与方法 研究对象 为了解研究污染物结构与生物降解的相关性，本课题 选取结构上具有代表性的部分邻苯二甲酸酯作为研究对象， 即：邻苯二甲酸二甲酯（DMP） 、邻苯二甲酸二乙酯（DEP） 、 苯二甲酸二丙酯（DPP） 、邻苯二甲酸二丁酯（DBP） 、邻苯 二甲酸二戊酯、邻苯二甲酸二庚酯、邻苯二甲酸二辛酯、 邻苯二甲酸二壬酯、邻苯二甲酸二 11 烷基酯、邻苯二甲酸 二 13 烷基酯。所用试剂在 GC 测试中无杂质峰。 培养液与接种物 实验所用的 3 种无机盐培养液的组成参照文献8。接 种所用的活性污泥取自杭州市四堡污水处理厂曝气池；新 鲜菜园土取自本校菜园地，经风干、捻碎后过 60 目筛。将 菜园土（）和 3 种培养液各加入好氧活性污泥（）中。混 合后，置于 8L 左右的大口玻璃瓶中曝气 24h，进行接种物 的驯化。驯化过程为：先加入少量待测试的各种 PAEs 化合 物，使溶液中基质浓度为 5mgL-1，于 30恒温室中培养； 24h 后依次增加 PAEs 浓度,对菌种进行进一步驯化；约一周 后，加入的 PAEs 降解完全，用双层纱布夹厚的脱脂棉过滤， 滤液用作曝气接种物。 分析方法 仪器及设备:国产 TECHCOMP7890（天美）型气相色谱仪， SHIMADZUUV-1206（岛津）型分光光度计，恒温培养箱，三 球（KD）浓缩仪，恒温室等。 UV 分析测定方法 准确称取一定量的 PAEs 纯品于烧杯中，加重蒸水和适 量助溶剂吐温-40，混合溶解后于容量瓶中定容，得标准溶 液。各种化合物的最大吸收峰通过 UV-1206 分光光度计扫 描确定，选取各种化合物都具有明显吸收的波长来制定标 线和测定 PAEs 样品。取一定量的标准溶液稀释成一定浓度， 用石油醚萃取后在 UV 分光光度计上测定吸光度（=） ，绘 制标准曲线，建立浓度-吸光度回归方程。 GC 分析方法 在降解抑制实验中，混合组分样品用氯仿萃取，萃取 液经 KD 浓缩仪浓缩后,用气相色谱测定降解过程中的 PAEs 浓度的变化。各 PAEs 化合物的鉴别和定量分别由保留时间 和峰面积确定。用外标法定量。 生物降解试验 试验装置 试验装置如图 1 所示。空气经气体流量计进入过滤瓶 （瓶中装有脱脂棉） ，经过变色硅胶瓶、NaOH 溶液前吸收瓶 和稳压瓶后进入模拟曝气反应瓶。尔后经二级 NaOH 溶液瓶， 排出放空。110 号反应器的容积均为 500ml，径高比为 1:10。 降解动力学的测定 将等量的各种邻苯二甲酸酯 （DMP、DEP、DnPP、DnBP、DnAP、DiHP、DINP、DUP 和 DTDP）加入各模拟曝气反应瓶中，分别加入经过驯化的接 种物，每瓶装液量为 400ml。用精密 pH 试纸测定酸碱度， 并用稀盐酸和 NaOH 溶液