（环境科学专业论文）壬基酚的生物降解研究.pdf

东华人学硕，i ：研究生毕业论文 通过g c m s 检测，在最佳降解条件下，恶臭假单胞菌降解n p 后的产物为辛基酚和戊基酚，由此推断出生物降解n p 的机理可能为 烷基链的断裂先于苯环的断裂，n p 先断掉一个末端碳，成为辛基酚， 然后再去掉其它碳，变成戊基酚。 最后进行了恶臭假单胞菌的初步应用研究。考察了光照对于恶臭 假单胞菌降解n p 的影响，结果发现当存在光照时，n p 的降解率较 高。在菌株对于模拟废水的处理效果的研究中，发现菌种在接近实际 污水水质的条件下，对n p 的降解效果良好，而且对c o d 具有较好 的去除率，可达6 0 以上，水质明显改观。 关键词 环境激素，壬基酚，生物降解，高效液相色谱，气质联用，正交 试验 东华人学硕士研究生毕业论文 r e s e a r c ho nn o n y l p h e n o lb i o d e g r a t i o n a b s t r a c t n o n y l p h e n o lf n p ) ，a so n ek i n do fe n d o c r i n ed i s r u p t i n gc h e m i c a l s ， i t st h r e a tt oe n v i r o n m e n ta n dh u m a nh a db e e np a i dm o r ea t t e n t i o n m a n y r e s e a r c h e r sh a dm o n i t o r e dt h ec o n t e n to fn pi ne n v i r o n m e n ta n d o r g a n i s m s t h et o x i co fn ph a da l s ob e e nr e s e a r c h e d b u tt h e r ew e r e f e w e rr e s e a r c h e so nt h ee l i m i n a t i o no fn p , e s p e c i a l l y u s i n g t h e b i o d e g r a d a t i o nm e t h o d t h ep u r p o s eo ft h i se x p e r i m e n tw a st or e s e a r c h t h eb i o d e g r a d a t i o no f n p t h es a m p l e sw e r ef e t c h e df r o mt h ew a t e rw h e r et h ec o n t e n to f n o n y l p h e n o la n dp o l y o x y e t h y l e n ew e r el a r g e a f t e rc u l t u r i n gi nl a b ，a b a c t e r i u mw h i c hc o u l dt o l e r a t ep h e n o l sa n db i o d e g r a d en pw a so b t a i n e d t h e ni t sg r a mc h a r a c t e rw a sd e t e r m i n e db yg r a ms t a i n i n g b y16 sr d n a a n a l y s i s ，t h eb a c t e r i u mw h i c hh a dt h eb e s tb i o d e g r a d a t i o na b i l i t yw a s c o n f i r m e dt ob ep s e u d o m o n a sp u t i d a a f t e rt h eb a c t e r i u mw a ss e p a r a t e d ，t h ee f f e c to fb i o d e g r a d a t i o nw a s r e s e a r c h e da n dt h eg r o w t hc u r v e so ft h eb a c t e r i u mw e r em a d e a c c o r d i n g t ot h eg r o w t hc u r v e s ，t h eo r t h o g o n a lt e s tw a sc a r r i e do u tt oo p t i m i z e d e g r a d a t i o nc o n d i t i o n s i nl o g a r i t h m i c g r o w t hp h a s e ，c o n s i d e r i n g t h e a f f e c t i o no ft e m p e r a t u r e ，p h ，t i m ea n dc o n c e n t r a t i o n t h eo p t i m u m 6 东华大学硕上研究生毕业论文 c o n d i t i o n so ft h e d e g r a d a t i o no fn pw e r e o b t a i n e d b yc o u n t i n g d e g r a d a t i o nr a t e s t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h eo p t i m u md e g r a d a t i o n c o n d i t i o n so ft h eb a c t e r i u mf r o mb r o t hc u l t u r e ( b 一01 ) w e r ea sf o l l o w s ： t e m p e r a t u r eo f3 0o c ，p hv a l u eo f7 0 ，d e g r a d a t i o nt i m eo f2 6 ha n dt h e c o n c e n t r a t i o no f n pi nc u l t u r eo f2 6 918 6 0 n g t l ( 2 6 918 6 0m g l ) u n d e r t h ea b o v ec o n d i t i o n s ，t h ed e g r a d a t i o nr a t ec o u l dr e a c h6 8 32 t h e r e s u l t sa l s os h o w e dt h a tt h eo p t i m u md e g r a d a t i o nc o n d i t i o n so ft h e b a c t e r i u mf r o mc a r b a m i d em e d i u m ( b 一0 3 ) w e r ea sf o l l o w s ：t e m p e r a t u r e w a s2 0 。c ；p hw a s7 o ；c u l t u r et i m ew a s2 6 ha n dt h en pc o n c e n t r a t i o ni n m e d i u mw a s5 15 9 8 7 n g g l ( 5 15 9 8 7m g l ) u n d e rt h ea b o v ec o n d i t i o n s ， t h ed e g r a d a t i o nr a t ec o u l dr e a c h5 5 2 8 b yg c m sd e t e c t i n gm e t h o d ，u n d e rt h eo p t i m a lb i o d e g r a d a t i o n c o n d i t i o n s ，p s e u d o m o n a sp u t i d ac o u l dd e g r a d en p , a n dt h ed e g r a d a t i o n p r o d u c t sw e r eo c t y l p h e n o la n dp e n t y l p h e n 0 1 s oi tc o u l db ei n f e r r e dt h a t t h em e c h a n i s mo fb i o d e g r a d a t i n gn pw a st h a tt h ef r a c t u r a t i o no fa l k y l c h a i nw a sp r i o rt ob e n z e n e s t h en pb r o k eo f fa ne n dc a r b o na n d b e c a m eo c t y l p h e n o l ，a n dt h e ni tb r o k eo f fo t h e r sc a r b o na n db e c a m e p e n t y l p h e n 0 1 t h ep r i m a r ya p p l i c a t i o nr e s e a r c ho np s e u d o m o n a sp u t i d aw a s c a r r i e do u ti nl a bc o n d i t i o n ，a n dt h ea f f e c t i o no fp h o t o p e r i o d so nt h e d e g r a d a t i o no fn pw a sa l s oc o n s i d e r e d 。t h er e s u l ts h o w e dt h a tt h e d e g r a d a t i o n r a t ew a sh i 曲w h e nt h e r ew a sp h o t o p e r i o d w h e nt h e 7 东华大学硕士研究生毕业论文 s i m u l a t e dw a s t e w a t e rw a st r e a t e dw i t ht h es t r a i n s ，c l o s e rt ot r u e w a s t e w a t e rq u a l i t y , t h ed e g r a d a t i o ne f f e c tw a se x c e l l e n t ，t h er e m o v a lr a t e o fc o dc o u l dr e a c h6 0 ，a n dt h eq u a l i t yo ft h ew a t e rw a se v i d e n t l y c h a n g e d k e yw o r d s ：e n v i r o n m e n t a lh o r m o n e ，n o n y l p h e n o l b i o d e g r a d a t i o n ， h i g hp e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y , g a sc h r o m a t o g r a p h y m a s s s p e c t r o m e t r y , o r t h o g o n a lt e s t 东华人学硕l 研究生毕业论文 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本 人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用 的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的 内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律 结果由本人承担。 学位论文作者签名：筮勿劳 日期： 嘶年月夕日 东华人学硕仁研究生毕业论文 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密讯 学位论文作者签名：僵加劳 吼嘶f 月7 日 指导教师签名：笔掐i 伞 日期：劾嚼脾f 月丹日 东乍大学硕士研究生毕业论文 1 1 环境激素【1 】 1绪论 1 1 1 环境激素的概念 2 0 世纪末至2l 世纪初，环境激素( e n v i r o n m e n t a lh o r m o n e ) 这一新名词由 环境科学工作者提出，各种有关环境激素污染而造成的生物变异现象相继出现在 专业杂志上，环境激素自此成人们关注的焦点。可以预计，未来环境激素将会直 接或间接地对每个人的生活产生一定作用。 环境激素是指由于人类的生活和生产活动而释放到环境中的、对人体内和动 物体内原本营造的正常激素功能施加影响，从而影响内分泌系统的化学物质，通 常称为“外源性干扰内分泌的化学物质”( 以区别于生物体本身分泌的激素) 。 它是一类对生物体有害的化学物质，具有类似雌激素的作用，暴露到环境中可导 致人类等生物的性激素分泌量及活性下降，精子数量减少，生殖器官异常，癌症 等疾病的发病率增加，并使生殖能力降低，后代的健康与成活率下降，同时还可 能影响到各种生物的免疫系统和神经系统，也可能导致生物基因突变等。 1 1 2 环境激素的作用机理 已有不少研究者提出环境激素对人体及动物体内的激素类物质发生作用、影 响内分泌系统的正常生理功能的作用机理。总结其作用方式主要包括如下三个方 面： ( 1 ) 与人体激素或动物体激素竞争靶细胞上的受体，并与雌激素受体结合； ( 2 ) 与其他核心受体结合，从而影响到雌激素作用功能，且对体内分泌的 雌激素产生阻碍作用； ( 3 ) 通过与其他受体结合或影响信号传导途径影响内分泌系统和其他系统 的互动作用，从而造成不良影响。 形象地讲，环境激素扰乱人体自身荷尔蒙的作用过程是一种冒名顶替，它和 荷尔蒙接受对象结合，阻碍人体自身荷尔蒙与接受对象结合，达到以假乱真的目 的。对于环境激素的破坏作用机理用一个简单而形象的比喻就像一把钥匙开一把 锁。荷尔蒙和接受体分别就像钥匙和锁一样。原配的钥匙( 自身荷尔蒙) 可以开 东华大学硕i ：研究生毕业论文 锁，后来加配的钥匙( 环境荷尔蒙) 也同样可以开锁。环境荷尔蒙就像后来加配 的钥匙一样，插进了荷尔蒙接受对象的钥匙孔，人体自身荷尔蒙因此无法进入结 合状态。另外，正如上面所言，环境激素的作用与其他化学毒物的不同之处还在 于痕量的环境激素即可产生巨大的作用。历来的化学物质毒害都是量越大其毒性 才渐渐显现出来，可是环境荷尔蒙却不同，这些物质具有以极其微小的量便产生 巨大破坏力的特点。 目前，有关环境激素对生物和人体的毒理影响，主要着重于个体水平上的研 究，观察到了一些生物变异的现象。而对神群水平的研究及从生物化学和分子水 平上来解释环境激素对生物和人体的影响，还相当欠缺。英国医学研究委员会环 境和健康研究所，在1 9 9 7 年主持召开了有关环境激素生态影响的讨论会，要求 从比个体水平更高的层次上，如种群、群落和生态系统的水平上，来研究环境激 素的影响。目前世界各国有关科学工作者正加紧这方面的研究。 关于环境荷尔蒙侵入人体以后如何扰乱人体自身荷尔蒙的原理，是相当复杂 的问题。第一，关于荷尔蒙的真正定义，目前还有争议。除了传统意义上的理解 以外，还有许多新的提法。例如，有研究人员提出，生物体内分泌的传达信号的 物质从广义上来说，也应该算是荷尔蒙成分。第二，环境荷尔蒙扰乱人体自身荷 尔蒙过程表现为各糟各样形式，很难一概而论。第三，荷尔蒙的作用不是单一完 成的，往往是通过许多种类的荷尔蒙( 以及分泌这些荷尔蒙的器官和细胞) 组成 网络，形成整套体系来完成的。例如，形成精子的雄性荷尔蒙和促成女性生殖器 发育并维持其机能的雌性荷尔蒙，都分别产生于精巢和卵巢，而这种产生过程又 受到脑垂体分泌的刺激卵巢的荷尔蒙( f s h ) 的控制，甚至，刺激卵巢的荷尔蒙 的分泌又受到丘脑下部分泌的荷尔蒙( g n i 讯) 的抑制。 萄尔蒙所具有的上述这样错综复杂的结构以及相互作用、相互掷制的关系， 加上环境荷尔蒙本身种类繁多，大多数化学物质对人体的作用还不很清楚。所以， 在环境荷尔蒙侵入人体之后如何对生物产生扰乱影响这一研究，目前仍然有许多 尚未解开的谜，有待科学工作者的联合攻关。 1 2 壬基酚简介 壬基酚( n o n y l p h e n o l ，n p ) 是烷基酚类化合物中有代表性的环境污染物，此 2 东华大学硕上研究生毕业论文 类雌性激素的相关性质在国内外一些杂志上已有报道。 1 2 1 壬基酚的性质 壬基酚是壬基苯酚的简称，分子式为c 9 h 1 9 c 6 h 4 0 h ，结构式如图1 1 所示， 主要有直链对位、直链邻位、支链对位三种结构形式，相对分子质量为2 2 0 。n p 是一类主要由对壬基酚组成的各种异构体的混合物，羟基和壬烷基在苯环上的位 置主要是对位，其次是邻位【2 1 。 舯彳一佣芦哟嗍删# h 零 | ：c n 2 c n 2 c n ， o h 窖c h # h 2 c h i c 燃 h 。仑 乒享 图卜l 壬基酚的结构式 f i g u r e1 - 1t h ec h e m i c a ls t r u c t u r eo fn p n p 是憎水性物质，在水中溶解度为5 4 3 m g l ，正辛醇一水分配系数( 1 9 k o w ) 为4 4 8 3 1 ，环境中的n p 主要是壬基酚聚氧乙烯醚( n p n e o ) 分解或降解产生的。 n p n e o 是一种应用广泛的非离子表面活性剂，作为洗涤剂、乳化剂、润湿剂、 分散剂和农药助剂等，在民用洗涤剂和工业领域均有广泛的应用【4 1 ，主要应用于 洗涤剂、纺织、造纸、医药和化妆品等行业中。因此，环境中的n p 的来源是很 广泛的，而且其产生量也是比较大的。部分国家或地区城市污泥中n p 的含量见 表1 1 。据统计，全世界每年约有5 0 万吨的n p 进入水体或土壤。2 0 0 5 年，我国 n p n e o 的年产量达到5 6 万吨。使用后的n p n e o 主要通过工业废水和城市污 水处理系统进入水体，也有一部分直接排放进入环境。n p n e o 进入环境后在生 物作用下，逐步降解形成短链产物n p 2 e o 、n p l e o 和最稳定的产物n p 5 1 。 1 2 2 壬基酚在工农业生产中的应用 n p 在石油化学工业和有机合成工业中已成为最重要的中间体之一，在表面 活性剂、润滑油添加剂、橡胶和塑料抗氧化剂等的生产中都得到了广泛的应用。 例如【6 】： ( 1 ) n p 主要用于生产n p n e o 非离子表面活性剂，n p n e o 广泛应用于洗涤、 纺织、农药、造纸、采油、建材、皮革、金属加工、选矿采矿等行业。n p n e o 东华人学硕士研究生毕业论文 的化学结构如图1 2 所示，它是n p 与环氧乙烷加成反应的产物。 表1 _ l 部分国家或地区城市污泥中壬基酚的含量【5 】 t a b l e1 - 1t h ec o n c e n t r a t i o no fn pi ns e w a g es l u d g eo fs o m ec o u n t r y 注：1 ) 括号中为平均值；2 ) 未指出具体城市；3 ) 从原文献换算，湿重。 n p n e o 是一类性能优异、增长快速的化工产品，但在代谢上存在问题。 n p n e o 是仅次于聚氧乙烯醚( a p e ) 之后的第二大类非离子表面活性剂，具有 优良的润湿、低温洗涤、乳化性、耐氧化性和耐硬水性等，在世界属于增长最快 的一类表面活性剂。现在n p n e o 约有4 5 用于洗涤剂，5 5 9 6 用于其他工业。 刚1 9 0 卜。一卿飙一c h 2 c h ：o h 、= ， 图卜2 壬基酚聚氧乙烯醚的结构式( n p n e o ，n = m + l = 1 2 0 ) f i g u r e1 - 2t h ec h e m i c a ls t r u c t u r eo fn p n e o n p n e o 代谢产物具有雌性效应。美国国家卫生科学研究所认为n p n e o 会影 响兔子的生殖繁育能力；美国化学制造商协会烷基酚聚氧乙烯醚观察小组的研究 结果也与其相似。随着研究的不断深入与扩大，越来越多的研究认为实验室内的 研究资料不能正确解释自然环境中n p n e o 的代谢，因此世界各国对n p n e o 的 政策不同。欧洲许多国家有禁用此种物质的法规，但今年欧洲舆论呼吁根据最新 的实验研究结果对n p n e o 重新定论。美国目前还没有有关n p n e o 的联邦法规， 只有北卡罗来那州有限用的地方法规，澳大利亚也没有限制法规。因此n p n e o 仍在美国、澳大利亚等一些国家使用，有一些发展中国家仍在扩大n p n e o 的生 产，我国洗涤行业于1 9 9 7 年禁用n p n e o 。但由于行业内对于n p n e o 的代谢认 4 东华大学硕士研究生毕业论文 识有偏差，所以国内并不是全部洗涤厂都遵守国家的禁用标准，禁令执行得并不 坚决。而工业洗涤剂领域，以及其他工业领域，至今并无禁令。 ( 2 ) n p 与三氧化硫反应，生成脂肪醇醚硫酸盐( c h 2 c h 2 0 ) n s 0 4 m ( a e s ) ，其 中n = l - - 5 ，是混合型表面活性剂，这种活性剂的分子带有两种亲水基团，一种 带电，另一种不带电。两种亲水基团分别是非离子的聚氧乙烯基和阴离子的硫酸 根，虽然一般分类仍把这种表面活性剂归属于阴离子表面活性剂，但从水溶性、 耐盐性、抗硬水性来讲，它们比阴离子表面活性剂烷基硫酸盐要好的多。荷兰政 府在评估洗涤剂组分时，断定脂肪醇醚硫酸盐对环境是安全的，对皮肤没有危害， 因此，a e s 是洗发香波和化妆品的理想原料。 ( 3 ) n p 的其他应用包括：n p 还可以制备润滑合成剂和润滑油添加剂及液 体烃类燃料的添加剂：与三氧化磷脂化反应，生成的亚磷酸三壬基苯脂，用作聚 丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯的抗氧剂以及天然橡胶和合成橡胶的防老化剂；由n p 制得的松香改性酚醛树脂可制成打印机高速打印油墨，具有色泽好、久置不变色 的优点：n p 制成的环氧酚醛树脂油漆经胺化后可以复配成阳离子涂料。 总之，从应用比例上看，n p 最主要是应用于表面活性剂的合成。国外从2 0 世纪5 0 年代初期开始工业生产，到1 9 7 7 年美国产量已达到8 4 5 万吨，成为烷 基酚中需求量最大的品种，其中7 0 的n p 是用来制造表面活性剂，其余用来制 造橡树脂、橡胶稳定剂、树脂改性剂等产品。由我国n p 下游产品的应用比例( 表 1 2 ) 可见，n p 系列产品最大用途也是表面活性剂。虽然民用液体洗涤剂，如用 在厕所、洗脸间，其洗净能力较强，但其生物降解性较差，这一点应该值得注意。 表1 2 我国壬基酚下游产品的应用比例 t a b l el - 2t h eu s e dr a t eo f n pi no u rc o u n t r y 我国的一些研究者也对部分地区环境中的n p 进行了检测或研究。其中，范 奇元等对太湖、江苏某农村以及上海市样品中的n p 进行了检测，结果见表1 3 【1 7 1 。 而在北京的某污水处理厂中，总进水n p 浓度为1 6 5 4 - 2 4 7 5l ag l ，平均值 为1 9 2 6l ag l ，总出水n p 浓度为2 4 l 7 9 3l ag l ，平均值为4 5 7ug l ，表观n p 去除率为7 6 。3 。而在污水处理厂不同阶段的污泥中n p 含量具有较大差别，二沉 池污泥中n p 含量明显低于一沉池和浓缩池污泥中n p 的含量，仅为一沉池污泥n p 东华大学硕十研究生毕业论文 含量的2 0 ；浓缩池污泥n p 含量最高，是二沉池污泥的6 3 倍。泥区回流液中， 沉淀固体中n p 含量较高，为1 7 2 3 5 m g k g ；上清液n p 浓度为4 4 2 6pg l ，高于各 污水处理单元中n p 的浓度，是总进水n p 浓度m e 3 倍，具体数值见表1 - 4 引。 表1 3一些样品中壬基酚含量 t a b l e1 - 3t h ec o n t e n t so f n pi ns o m es a m p l e s 表1 - 4污水处理厂各泥样壬基酚含量值 t a b l e1 - 4t h ec o n t e n to f n pi nd i f f e r e n ts l u g eo f s e w a g ep l a n t 1 2 3 环境中壬基酚的主要来源及人类摄入壬基酚的主要途径 n p 在环境中的分布和循环与n p 的浓度、滞留时间以及能否通过食物链的作 用进行富集有关。环境中的n p 主要来源为人为源。 为了了解环境中n p 的浓度，有研究人员曾对一工厂附近的河流进行了调查， 从工厂上游0 1 k m 处开始，往下游随着离排放口的距离越远，n p 在河水和淤泥 中的浓度越低，可见该化工厂所排放废水中含有的n p ，对河水造成了污染，而 河水对工厂排出的n p 有稀释作用。因为n p 的高度疏水性和它在淤泥中的浓集， 相同采样点淤泥中的n p 浓度比河水中n p 的浓度高出约3 0 0 - - - - 6 0 0 倍。河水中 n p 的另一个来源是排入河道的洗涤剂，由洗涤剂中含有的n p n e o 被生物降解 6 东华大学硕：l j 研究生毕业论文 生成n p 所致【7 1 。 排入到环境中的n p ，可被生物富集。有些动、植物对n p 有很强的富集作用， 以太湖和江苏某农村为例( 数据见表1 3 ) 。太湖水中的n p 含量平均为1 6 “l ， 鱼肝、鱼脂和鱼肉中的n p 含量均高于太湖水中的n p 含量，分别为太湖水中n p 含量的3 7 5 倍、3 0 i 倍和2 1 倍；虾仁中的n p 为太湖水中n p 含量的1 0 8 倍；贝 肉中的n p 含量为太湖水中n p 含量的1 2 8 2 倍。鱼肉中的含量相对较低，鱼体中 鱼肝和鱼脂中含量最高，低于贝肉中的含量。 太湖水域为我国鱼类等水生动物的重要产区之一，它能反映出n p 在自然环 境中的污染情况。水域中的n p 可通过水中鱼、虾、贝类等水生动物在食物链中 进行循环作用，水生动物中n p 含量约为水体含量的数1 0 倍至1 0 0 0 倍之间，它 明显高于水体中n p 含量。在生物体内又以含脂相对较高的组织中含量较高。可 见，n p 通过水生动物进入人体并对人体造成危害的可能性最大。此外，有人在 上海市自来水中也检测出n p ，n p 可经饮用水进入人体。n p 通过植物进入人体 的可能性不大，虽然在农田泥土中含有n p ，但所生产的植物中并未检测出这种 污染物【7 。 综上所述，城市污水是自然环境中n p 的主要来源，n p 在自然水体中又经过 食物链的作用在水生动物体中富集，在水生动物组织中脂肪量高的组织所含n p 相对较高。n p 进入人体的主要途径是经饮用水和水生动物性食物而摄入。 1 2 4 壬基酚的激素作用及危害 n p 具有亲油性，这造成了它比较容易吸附于水体底部的淤泥上并被浮游生 物摄取，在生物体内积累，并通过食物链的循环进入人体【9 】。n p 具有雌激素效 应和其他的生物毒性，其对生物体产生的不良作用包括影响内分泌、影响生殖和 发育、影响免疫及促癌作用等【1 0 】。n p 在环境中存在1 0 余种同分异构体，且化 学性质稳定，市政污水中n p 约有3 3 0 t g l ，在受污染的河流中约1 8 0 j x g l ( 1 1 1 2 】。 j o b l i n g 等研究表明，n p 的浓度达l o i r t g l 时就会发生红鳟鱼的生殖异常【1 3 】，另 有研究表明，1 0 9 9 l 的4 - n p 导致人体m c f - f 乳腺癌细胞增长的能力与3 0 p m o l 1 7 1 3 雌二醇相当【1 4 1 。邵兵等对嘉陵江和长江重庆流域n p 污染状况调查表明n p 最高8 r t g l ，以此为水源的5 个自来水厂也均有n p 检出【15 1 。n p 被认为是有代表 性的环境内分泌干扰物，为联合国环境保护署( u n e p ) 制订的2 7 种优先控制的 7 东华大学硕士研究生毕业论文 持久性有毒污染物之一。 许多环境内分泌干扰的实验研究结果证实n p 具有雌激素作用，为了说明 n p 对哺乳动物的雌激素作用，以雄性大鼠为研究对象，实验结果显示n p 在高 浓度时能明显损伤雄性大鼠的生殖功能，使雄性大鼠的睾丸组织发生病理学改 变，降低雄性大鼠生精能力，含有1 0 0 m g k g 以上n p 的大鼠精子活力显著低于 对照组，死精子数显著高于对照组。出现这两种情况的原因是当n p 遇上精子时， 会与其细胞质蛋白膜发生化学作用，改变精子细胞的渗透性，将精子杀死或使其 失去活力。此外，大鼠睾丸细胞体外培养实验结果显示，n p 对阃质细胞合成的 睾丸酮有明显的抑制作用，间质细胞睾丸酮的合成也会受到n p 的影响，使得染 毒组睾丸间质细胞的内质网出现明显的肿胀【l6 1 。 n p 可引起动物的性早熟。n p 能诱导卵泡和子宫的早期发育。卵巢除产生卵 子外，其颗粒细胞能合成和分泌雌激素，这是个体发育尤其是雄性生殖器官和乳 腺发育的重要条件。卵泡的提前发育及数量增多会引起其他生殖器官及乳腺的过 早发育，而环境雌激素n p 就可以诱导大鼠卵泡的早期发育，如它使4 0 天的大 鼠卵泡数大大增加等。 英国的斯科特曾发现，从聚苯乙烯塑料试管中游离出来的n p 可以诱导人的 雌激素敏感型乳腺癌细胞增生，利用生物评估法证实n p 不但可以诱导卵黄蛋白 质的生成，它还可以结合到与1 7 一雌二醇相同的雌激素受体结合位点上，与激 素或酶蛋白的d n a 或r n a 结合而产生作用，引起突变现象等【l 6 。 从上述高浓度n p 对大鼠的生殖功能产生有害作用的实验结果，可以看出 n p 会干扰哺乳动物的生殖功能，猜测它同样也会对人类的生殖及发育具有危害 作用，但目前更详细的关于n p 引起生殖毒性的机制还了解的不够清楚，有待进 一步的研究。 1 2 5 壬基酚的降解 n p 及其它n p n e o 中间代谢产物具有难降解、疏水性、脂溶性和生物积累 性等特性，对环境有着非常严重的污染效应。目前国内外对n p 降解转化过程研 究主要集中在污水处理厂活性污泥的处理效果方面。 2 0 世纪8 0 年代到现在，n p n e o 得到了全球性的广泛使用。在制造精炼剂或 洗净剂过程中，往往加入n p n e o ，当它进入水体后会对水生生物具有一定的毒 性，n p n e o 本身毒性很小，但生物降解性非常差( 降解率通常为0 - - 9 ) ，而且 8 东华大学硕士研究生毕业论文 生物一旦降解了其分子中的1 2 个氧乙烯基，代谢物的毒性比未降解的n p n e o 就会增大，最终降解为烷基酚时毒性为最大，如果这种降解产物在生物机体内蓄 积，对生物体就会表现出环境雌激素活性作用。 但是过去的研究仅针对n p l l e o 本身的降解问题，对它的降解产物( 即n p 2 e o 、 n p l e o 和n p ) 在环境中是否易于进一步降解研究极少。由于n p 的环境内分泌干扰 物毒性和生物积累性，从1 9 9 9 年开始，人们开始关注n p 的降解【7 1 。s t a p l e s 等对 n p 的降解进行了实验室内的研究，结果证明，即使是在有氧情况下n p 也比 n p n e o 难于降解f 1 7 1 。b a n a t 等也研究证实n p 在有氧环境和6 0 。c 的温度下可以经微 生物降解，但在无氧情况下，n p 仍难于降解( i5 1 。有人曾对瑞士和加拿大城市生 活污水处理厂的处理后污水和淤泥进行检测1 1 川9 1 ，结果表明，经过两级处理后， 排出的水中n p 含量在l - - 5 7 1 t g l 之间，但不同采样点的淤泥中n p 的含量则可高达 1 1 0 0 m g k g ，说明所处理的污水中n p 含量较高。若城市污水不经处理直接排入河 道，必然对自然水系造成严重污染。同时也说明城市污水很可能是自然环境中 n p 的主要来源，对城市污水进行处理很有必要。范奇元等的调查结果表明，在 工厂废水排放河道( 京杭大运河) 及江南江湖水中均存在n p ，且浓度高于国外报 道【7 1 。 n p 结构上的苯环和它的长链烷基造成了n p 的难降解性，但n p 苯环上的烷 基和羟基，特别是羟基，却是活化苯环的给电子基团，微生物降解n p 的可能途 径是苯酚途径的苯环开环和烷基苯途径的壬烷基断链【2 0 】。直链烷基苯和苯酚的微 生物降解途径如下【2 1 l ： ( 1 ) 直链烷基苯的微生物氧化途径：烷基在单加氧酶的作用下氧化成烷羧 基，生成苯烷酸，再经1 3 氧化，断开烷羧基链，生成几个乙酰辅酶a 和苯丙酸( 奇 数链烷基) 或苯乙酸( 偶数链烷基) ，苯丙酸或苯乙酸再逐步降解为二氧化碳和水。 ( 2 ) 苯酚的微生物氧化途径：在2 单加氧酶的作用下转变成儿茶酚( 邻苯二 酚) ，儿茶酚再经苯环的邻位或间位裂解途径开环而进一步降解。 但关于n p 的降解途径与机制目前没有定论。c o r t i 等的研究表明在麦芽糖假 丝酵母降解4 - n p 的过程中，烷基链的氧化先于苯环的开环【2 2 】。f u j i i 等却发现鞘 氨醇单胞菌降解n p 从苯环的断环开蝌2 3 1 。y u a n 等研究发现假单胞菌降解n p 的 途径是先从烷基的断链开始f 2 4 】。a n a 等发现一些能降解n p 的冷适应假单胞菌降 9 东华大学硕士研究生毕业论文 解n p 的途径是通过单加氧酶的作用从苯酚降解途径进行开环1 2 5 】。 1 3 壬基酚在环境中的生物降解性及影响因素 生物降解性是指某污染物可以被生物降解的程度，大多是针对有机污染物而 言。任何一种污染物都是可以被彻底氧化的，从物质的分子结构分析，可以计算 出某物质被完全氧化所需要的氧的量，这个量即为理论需氧量，当某污染物在微 生物作用下，需要消耗的氧将小于或等于理论需氧量。对于一些较复杂的有机污 染物而言，需要了解一些更深远意义上的可生物降解性，例如有机分子上的取代 基的生物活性或者抗性，这使得生物降解性有了更直接的理论依据。例如，苯环 上的取代基，如果取代基是一个卤素元素，则将使生物降解的难度加大。如果取 代基不止一个，不止一个的取代基在苯环上处于相邻位置、相间位置或者相对位 置，都会使得污染物的可生物降解性发生变化，而且可能发生质的变化。但是， 当取代基是羟基或者羧基时，则会使其生物可降解性提高，或者至少使得生物降 解更容易。污染物质的结构对生物可降解性的影响很大。生物降解都是由酶的催 化而完成的，而酶与污染物质的结合是污染物可被酶催化降解的第一个关键步 骤。酶与污染物质结合后，生成一种复合中间产物，这种产物存在的过程就是酶 对污染物质进行激活的相互作用的过程。经过这一激活过程，污染物质可能在结 构上发生某种变化，或者被部分的降解。某污染物质在微生物作用下，很快被降 解，其观测的方法是测定该污染物是否存在或者存在数量的变化，还需测定该污 染物质转化成了什么物质。如果该污染物质经过转化，变成了一个更容易降解的 物质，则这个降解过程是有益的，如降解后的物质依然是难降解的物质，且生物 毒性增加了，则是不益的降解【2 6 1 。 n p 降解途径可能受到如污染物结构、微生物特性及环境条件等多方面因素 的影响，可能产生多种中间产物。 1 3 1 壬基酚的厌氧、好氧降解 大量实验证明，n p 在好氧条件下才能降解。h e s s e l s o e 等将c 1 4 标记的4 - n p 加入到污泥中，发现在污泥与土壤均匀混合的好氧条件下，3 8 d 即可完全降解： 如果混合不均匀，3 个月后4 - n p 还不能完全降解【2 7 1 。 1 0 东华大学硕士研究生毕业论文 1 3 2 温度对壬基酚降解的影响 温度是影响n p 降解的另一个重要原因。大多数的研究都表明，在2 5 2 8 温度条件下有利于细菌对n p 的降解，此温度可能是n p 降解菌生长与降解酶作 用的较适温度。t o p p 等在实验室中把n p 加到农业用土中，3 0 。c 下培养1 0 d 后， 土中剩余的n p l o o m g l 的水样。 b 无汞消解液：称取经过1 2 0 烘干两小时的基准纯重铬酸钾9 8 0 6 0 9 ，溶 于5 0 0 m l 水中，边搅拌边加入浓硫酸2 5 0 m l ，冷却后移入1 0 0 0 m l 容量瓶中， 稀释至刻线并摇匀，该溶液重铬酸钾浓度为0 2 0 0 0 m o l l ，适用含c l 。浓度 1 0 0 m g l 的水样。 上述两种消解液仅用于c o d = 1 0 1 3 0 0 m g l 样品的消解用；c o d 大于 1 3 0 0 m g l 的样品稀释后测定。 5 6 东华大学硕士研究生毕业论文 c 试亚铁灵指示液：称取邻菲罗啉1 4 8 5 0 9 ，硫酸亚铁( 七水) o 6 9 5 0 9 溶于 水中，稀释至1 0 0 m l ，贮于棕色瓶内。 d 硫酸亚铁铵标准溶液：称取硫酸亚铁铵( 六水) 1 6 6 0 0 0 9 溶于水中，边搅 拌边缓慢加入浓硫酸2 0 m l ，冷却后移入1 0 0 0 m l 容量瓶中，加水稀释至刻度， 摇匀。其浓度约0 0 4 2m o l l ，临用前用重铬酸钾溶液标定。 标定方法：准确吸取1 0 m l 重铬酸钾标准溶液于1 5 0 m l 锥形瓶中，加水稀 释至约1 0 0 m l 左右，缓慢加入浓硫酸约3 0 m l ，混匀。冷却后加入3 滴试亚铁灵 指示剂，用硫酸亚铁铵溶液滴定，溶液的颜色由黄色经蓝绿色至红褐色即为终点。 c ( n h 4 ) 2 f e ( s 0 4 ) 2 = ( 0 2 5 0 0 x 1o ) v( 1 ) 式中：c 硫酸亚铁铵标准溶液的浓度( m o l l ) v 一硫酸亚铁铵标准溶液的滴定用量( m l ) e 重铬酸钾标准溶液( 1 6 k 2 c r 0 7 = o 2 5 0 0 m o l l ) ：称取1 2 0 烘干2 小时的 基准或优级纯重铬酸钾1 2 。2 5 8 0 9 溶入水中，移入1 0 0 0 m l 容量瓶。稀释至标线， 摇匀。 硫酸一硫酸银催化剂：于5 0 0 m l 浓硫酸中加入5 0 0 0 9 硫酸银，放置1 3 天，不时摇动使其溶解。 g 掩蔽剂：称取1 0 0 0 0 0 9 分析纯h g s 0 4 ，溶解于1 0 0 m l l 0 硫酸中。 测试步骤： a 移取5 m l 水样于消解罐中，加l m l 掩蔽剂，混匀，准确加入5 m l 消解液 和5 0 m l 催化剂，摇匀。 b 旋紧密封盖，使消解罐密封良好，将罐均匀置放于消解炉玻璃盘上，离转 盘边缘约2 c m 圆周上单圈排好。 c 样品的消解时间取决于盘上放置的消解罐数目。 d 输入消解时间进行消解，消解时间设定表见表4 3 。 e 滴定法测定c o d 结果： 表4 3 消解时间安排 t a b l e4 - 3t i m ea r r a n g e m e n to fc l e a ru p 消解结束后的消解罐，罐内反应液高温并有压力，应置冷或用水冷却后，才 东华大学硕士研究生毕业论文 能打开密封盖，将反应液体转移到1 5 0 m l 锥形瓶中，用蒸馏水冲洗消解罐帽2 3 次，冲洗液并入锥形瓶中，控制体积约3 0 m l ，加入两滴试亚铁灵指示剂，用硫 酸亚铁铵标准溶液回滴，溶液的颜色由黄色经蓝绿色至红褐色即为终点，记录硫 酸亚铁铵标准溶液的用量，计算c o d 值。 计算公式如下： c o d c r 0 2 ，m e l ) 叫( v o - v 1 ) x c x 8 x 1 0 0 0 n 2 ( 2 ) 式中：v o _ 空白消耗硫酸亚铁铵量( m l ) ； v l 一水样消耗硫酸亚铁铵量( m l ) ； v 厂水样体积( m l ) ； c 一硫酸亚铁铵溶液的浓度( m o l l ) ； 8 一氧( 1 2 0 ) 摩尔质量( g m 0 1 ) 。 ( 3 ) 恶臭假单胞菌对模拟废水的处理效果 配制出废水后，立即测定c o d ，其值为5 3 0 0 ，曝气2 d 后测定，c o d 变为 2 0 0 0 ，降解4 d 再测定后c o d 变为8 0 0 ，去除率分别达到6 2 2 6 和8 4 9 1 。 降解前后废水的高效液相色谱扫描曲线见图4 4 、4 5 。在液相色谱的的操作 中，由于不知工业n p 中的成分，将h p l c 进样时间改为3 0 r a i n 。 图4 - 4 降解前的模拟废水高效液相色谱扫描曲线 f i g 4 4h p l cc h r o m a t o g r a mo fs i m u l a t i v ew a s t ew a t e rb e f o r eb i o d e g r a d a t i o n 东华大学硕士研究生毕业论文 图4 - 5 降解前后模拟废水高效液相色谱扫描曲线 f i g 4 - 5h p l cc h r o m a t o g r a mo fs i m u l a t i v ew a s t