（环境工程专业论文）邻苯二甲酸酯生物降解性研究.pdf

i 且：博士论文：稍l 覃二甲t r o r - l t ，b 邻苯二甲酸酯生物降解性研究 博士研究生：夏风毅 指导教师：郑平教授 冯孝善教授 ( 浙江大学，中国杭州3 1 0 0 2 9 ) 摘要 f 受教育部同济大学污染控制与废物资源化国家重点实验室访问学者基金的 资茴撅者奔展了本课题的研究胍入邻苯二甲酸酯类化合物的好氧生物降解资助，) 作者钎展了本课题的研究，以深入邻苯二甲酸酯类化合物的好氧生物降解 。 ，。“ ， 性、厌氧生物降解丝的认识，并探索其生物降解性与分子结构之间的相关性。f 经 过三年的艰辛工作，取得了如下结果。 ( 1 ) 好氧混培物对邻苯二甲酸酯的生物降解速率符合一级降解动力学，用摇 瓶法测定的邻苯二甲酸酯生物降解动力学方程蠹下： 化合物降解动力学方程一 d m 口l i i c = 5 6 8 9 - 3 6 9 8 4 t0 9 6 4 d e pl n c = 5 7 4 9 3 4 4 6 t0 9 2 7 d n p pi n c = 5 2 9 9 1 5 2 9t0 9 4 8 d l l b pi n c z5 2 9 2 - 1 0 9 2 t0 9 9 5 d i a pl n c = 5 3 4 5 0 3 2 2 t0 9 7 7 d i 册i a c = 5 3 9 9 0 3 2 5 t0 9 7 2 d n o pi n c = 5 3 7 5 0 2 9 1t0 9 7 3 d 小mt n c = 5 3 3 9 0 1 5 5 t0 9 6 4 d u pl n c = 5 3 4 3 - 0 1 3 0 t0 9 5 8 好氧生物降解速率随邻苯二甲酸酯酯烷基链长度( n ) 的增长而减小，生物 降解半衰期t l 彪随烷基链长度的增长而增大，这些变化趋势可用回归方程式( 2 1 ) 和式( 2 3 ) 描述。烷基链碳原予数为奇数时，降解速率常数与烷基链长度之间 的相关性更加显著。 i n k 。= o 0 2 6 6 n 2 0 6 7 2 n + 2 1 5 7 ( 2 1 ) “= o ，9 7 5 ) 新珏尢掌博士生掌住论文：一翼 虻t i n = 0 ，0 ：3 ，9 l n 2 5 2 4 6 ( 2 ：泣卜、 (r=o972)、 ( 2 ) 以邻苯二甲酸二甲酯为基质时，随着浓度的提高，邻苯二甲酸二甲酯降 解速率增大，至某一浓度达到最大值，超过该阈浓度( 抑制浓度) 后，基质自身 对微生物降解有抑制作用。f 试验测得基质抑制的阈浓度为6 0 m g l 。，、一 ( 3 ) 以邻苯二甲酸盐作为抑制剂时，低浓度的邻苯二甲酸盐对邻苯二甲酸二 乙酯( d e p ) 降解不产生影响，但当邻苯二甲酸盐浓度超过5 0 0 m g l 时，对微生 物活性产生明显抑制，使d e p 降解速率大大降低。广y 一 ( 4 ) 在不同温度下，混合培养物对邻苯二甲酸二辛酯的降解速率常数存在明 显差异，f l o 时d n o p 的降解率为4 1 ，4 0 时d n o p 的降解率为9 3 上提高 温度有助于邻苯二甲酸酯的生物降解。 ( 5 ) 测定了1 0 种邻苯二甲酸酯的净产气量，并进行非线性拟合，求得如下 各种受试化合物产气量与时间之间的回归方程f ， 化合物 d d e p d i l p p d n b p r ) n a p d 证开 d n o p d i n p d u p d t d p 产气历程方程 g = 0 0 0 3 3 t + 0 0 5 7 2 t 一3 7 0 9 g = 0 0 0 1 5 t z + 0 7 7 4 t - 4 6 8 6 g = 0 0 0 5 t z + 1 2 4 7 t 一9 9 7 0 g = 0 0 0 4 7 r + 1 0 8 5 t - 7 8 9 1 g = 0 0 0 2 5 t + 0 0 5 1 8 t + 0 6 4 4 g = 0 0 0 2 5 r + 0 3 2 9 t 1 1 4 1 8 g = 0 0 0 1 6 t z + 0 0 6 3 6 t + 0 7 5 3 g = 0 0 0 3 3 t + 0 4 8 2 t - 2 2 5 4 g = 0 0 0 0 8 t z + 0 2 6 2 t 1 2 5 6 g = 0 0 0 0 3 r + 0 1 0 3 t + 0 0 1 2 1 燃广一“ ( 6 ) 以美国e p a 的标准判断，d m p 、d e p 、d n p p 和d n b p 为可厌氧生物降 解的基质，d n a p 、d i h p 、d n o p 、d i n p 、d u p 、d t d p 属于不可厌氧生物降解 的基质。f 测试条件下，受试邻苯二甲酸酯的厌氧生物降解半衰期为8 1 5 1 0 2 2 7 天。即使判为可厌氧生物降解的低分子量邻苯二甲酸酯，其厌氧生物降解的半衰 期也长达8 1 5 天以上。厂。 ( 7 ) 邻苯二甲酸酯终极厌氧生物降解受其分子结构制约f 烷基链越长，受试 化合物的厌氧生物转化率越低，厌氧生物降解的半衰期越长。应用建立的回归方 程( 式3 _ 4 和式3 6 ) 可以从烷基链的碳数大致推断邻苯二甲酸酯的厌氧生物降 解性状。声1 ： 蚓州卿啦哪嘟哪咖 r o 0 o o 0 0 o 0 j ：且：博d 蹬支：讳，l 二甲e t o r l 崭，巴 g = 0 5 1 5 n 2 1 1 6 6 n + 7 1 7 0 ( 3 4 ) r r = o 9 6 1 ) ：t ：l 2 。2 - - 0 9 2 9 ) 。1 1 6 n2 + 。3 6 。n + 3 9 5 一3 一! ! j ，2 乙 行= o b b p d e p d e h p d n b p d m p 。其中，d n o p 达2 0 7 6 m g l ，d m p 达o 4 4 6m g 几。我国部分城市污泥中的邻苯二甲酸酯检测情况如图1 2 所示。 奄 鼍 占 5 u 蜊 整 - 一j i l 一一f l i pd e pd n b pb b pd n 卯d e h pp a e s 图1 - 2 我国部分城市污泥中的邻苯二甲酸醇浓度 f i g 1 - 2c o n c e n t r a t i o no f p h t h a l i ca c i de s t e r si ns o m em u n i c i p a l s l u d g e so f c h i n a m 删伊m m m oc e h u i e t 以，z o e l ) 4 拈 拈 如 坫 加 0 0 浙江大掌博士学位论文：1 引论 邻苯二甲酸酯是塑料地膜的原料和添加剂。塑料地膜的大量施用有效地提高了作物 的产量，但也导致了严重的“白色污染”。8 0 年代中期，我国农用地膜覆盖面积已经达 1 5 0 多万h m 2 ( 吴杰明，1 9 9 5 ) 。邻苯二甲酸酯在地膜塑料中的含量仅次于塑料本体。 彼此之间由氢键和范德华引力结合，保留了各自相对独立的化学性质( k l a u s m e i e r e la 1 ， 1 9 8 1 ) 。这种材料的稳定性相对较差，邻苯二甲酸酯易从塑料地膜中渗出，污染土壤。土 壤中的邻苯二甲酸酯浓度具有明显的季节性变化( r i c ee t a l ，1 9 9 3 ) 。 土壤环境中，邻苯二甲酸酯的迁移可由这类化合物的固液吸附系数( k o c ) ( 注1 ) 决 定( l a i m a r me l a l ，1 9 9 1 ) 。土壤中各组分对邻苯二甲酸酯的吸附取决于其疏水性。土壤 腐殖质强烈吸附邻苯二甲酸酯，从而增加了其表观溶解度( o g n e ra n ds c h n i 吼1 9 7 0 ； m a t s u d aa n d s c h n i t z e r , 1 9 7 1 ；c a r l b e r ga n dm a r t i n s e n ，1 9 8 2 ) 。据b a n e r j e e 等人( 1 9 8 5 ) 报 道，在不同土壤深度中，d m p 的固液吸附系数k o e 为8 0 3 6 0 倍。r u s s e l l 和m c d u f f i e ( 1 9 8 6 ) 测定了多种邻苯二甲酸酯的固一液吸附系数，测得的k o c 值从6 9 倍( d m p ) 至 8 7 ，0 0 0 倍( d e h p ) 不等。g l e d h i l l 等人( 1 9 8 0 ) 澳j 得b b p 的k o e 值为9 ，0 0 0 倍，r u s s e l l 和 m c d u f f i e ( 1 9 8 6 ) 测定值为1 7 1 0 4 倍。w i l l i a m s 等人( 1 9 9 5 ) 测定d h p 、d e h p 、d i d p 和d t d p 的数据分别为5 2 6 x 1 0 4 、4 8 2 x 1 0 5 、2 8 6 1 0 5 和1 2 1 0 6 倍。f u r t m a n ( 1 9 9 3 ) 等 人发现，土壤中分子量较低的邻苯二甲酸酯和较高分子量的存在状态不同，彼此在迁移、 转化和生物可利用性上也存在明显差异。 1 2 3 邻苯二甲酸酯对水体的污染 邻苯二甲酸酯可经过多种途径污染水体，一些水体中检出的邻苯二甲酸酯种类与 浓度见表1 3 。据报道，1 9 8 2 1 9 9 1 年荷兰地表水中d e h p 的浓度在0 1 4 0 g l 之 间，峰值为5 0 肛g l ，d n b p 在o 1 1 _ 3 g 几之间( r i t s e m ae t a l ，1 9 8 9 ) ，1 9 8 6 年i j s s e l m e e r 、 r h i n e 、m e u s e 和w e s t e r ns c h e l d t 等河悬浮颗粒中的d e h p 含量为1 0 1 0 0m g k g d n b p 含量为o 2 0 9m g k g ( b e l f r o i d ，1 9 9 8 ) 。我国地表水中也检出了该类化合物，如 黄河( 吴仁铭，1 9 8 2 ) 、太湖、和北京市公园水中均检测到邻苯二甲酸酯( 戴天有，1 9 9 4 ) 。 。指土壤或沉积物中，单位重量有机碳所吸附的化合物量，与该化合物在溶液中的平衡浓度之比 k o c ：塑塞塑壁堕塑! 塞互塾壁 微克毫升溶液 5 i 风咻士论文：邻摹= ：甲嚏圭- r l ；研吏 表1 - 3 水环境中的邻苯二甲酸醋( 嵋，l ) t a b l el _ 3s o m e p h t h a h c a c i de s t e 幅i nw a t e re n v i m m e n t s 邻苯二甲酸酯在水体中的分布，受水溶解度制约。而水溶解度( c w ) 与正辛 醇水的分配平衡系数( k o w ) 密切相关( 注2 ) 。因此，水溶解度可以用正辛醇 水的分配平衡系数( k o w ) 来表征。在k o w 和c w 之间有许多相关方程，且相 关性显著( v e 油甜以，1 9 8 0 ；g o s s e t t 酣越，1 9 8 3 ；g e y e r d 以，1 9 8 4 ；d e w o l f e e t 以 1 9 9 2 ) 。因此，可用k o w 计算化合物的水溶解度( d e b m oa n d h e n i l e n s ，1 9 8 9 ；l o n g ， 1 9 9 5 ；m e y i a n a n d h o w 酊d ，1 9 9 5 ；e l t m 舒o n a n d f 1 0 y d ，1 9 9 8 ) 。 分子量较低的邻苯二甲酸酯比重较大、易溶于水，分子量较高的邻苯二甲酸 酯比重小，不溶于水，在未被吸附或结合时，后者一般呈透明油脂状，浮于水面。 表1 4 列出了部分邻苯二甲酸酯的水溶解度和比重。 垃圾及其渗滤液是地表水中邻苯二甲酸酯重要来源。据统计，全国历年城市 生活垃圾存量达6 0 亿吨，占地7 5 万亩，有2 0 0 个城市陷入垃圾包围之中( 中华人民 共和国国务院，1 9 9 4 ) 。随着人们生活水平的提高，生活垃圾的数量还在不断增加， 垃圾中废塑料量越来越大。由塑料释放的邻苯二甲酸酯对受纳水体的污染也越来越 2 k o w 指在平衡状态下，化合物在正辛醇相与在水相中浓度之比，即：k o w - - c c w 6 浙江大掌博士掌位诗文：l 引论 严重。值得关注的是，新的垃圾渗滤液中邻苯二甲酸酯的浓度往往超过老的渗滤液。 表l - 4 部分邻苯二甲酸醑的溶解度和比重( s t a p l e se t o ，1 9 9 7 ) t a b l e1 - 4 s o l u b i l i t ya n ds p e c i f i cg r a v i t yo f s o m ep h t h a l i ca c i de s t e r s 1 s o l ( m g l ) ；2s p e c i f i cg r a v i t y ( 2 0 e c ) 工业废水是地表水中邻苯二甲酸酯的另一个重要来源。许多水体中的邻苯二甲酸酯 直接来自生产和使用邻苯二甲酸酯的工厂和企业所排放的废水。 1 2 4 邻苯二甲酸酯对生态系统的危害 威胁食品安全 对食品、人奶、纺织品以及灰尘中邻苯二甲酸酯的测定表明，这些样品中均含有 邻苯二甲酸酯f b r u n sa n dp f o r d t , 2 0 0 0 ) ，其中d e h p 、d b p 检出量最高，脱脂奶含量 低于全奶。在乳制品冰淇淋中，d e h p 和p a e s ( 在此指邻苯二甲酸酯总量) 检出量较 高，采用塑料袋包装后，冰淇淋中的邻苯二甲酸酯比包装前更高。p e t e r s e n 和b r e i n d a h l f 2 0 0 0 ) 对餐饮食品和婴儿食品中增塑剂成分进行测定，也得到类似的结果。在其它被 检食品中，也是d e h p 含量最高，方便盒饭中5 4 2 7 2n g g 、黄油中3 2 4 1 0 0 8n g g ( t s u m u r ae t a l ，2 0 0 0 ) 。食品，尤其是牛奶在生产和运输过程中，很容易与与含增塑 剂的塑料制品接触而受污染( b l u t h g e na n dh e e s c h e n ，1 9 9 8 ；b l u t h g e n ，2 0 0 0 ) 。塑料膜和 塑料盒也可通过与食品和糖果的直接接触而造成污染( a u r e l ae t 口，1 9 9 9 ) 。在意大利 柠檬油中，检出的邻苯二甲酸二异丁脂( d i b p ) 和邻苯二甲酸二乙基己基脂( d e h p ) 浓度分别高达6 2 m g l 和2 9 m g l ( b e l l a e t a l ，1 9 9 9 ) 。 食物中频繁检出邻苯二甲酸酯，使人们对食品安全空前关注。 损害生物健康 邻苯二甲酸酯进入环境后，对环境中生物，特别是水生生物产生急性中毒作用。 i 凤救博士艴文：4 p 1 9 - - 甲r 圭r - 堆e 研竞 这种中毒作用的影响因邻苯二甲酸酯类化合物的种类、浓度、受试对象及暴露时间 不同而异。j a w o r k a 等人( 1 9 9 5 ) 认为：有机酯对水生生物的毒性可用麻醉机理解 释；微生物和原生动物的酯毒性资料值与基准毒性模型预测结果( 麻醉i ) 一致。 极性酯( 1 0 9 k o w 5 5 ) 在饱和溶液中，没有引起急性致死作用( a b e m a t h y e ta 1 ，1 9 8 8 ) 。 对多种海洋浮游生物急性毒性研究表明，低分子量的邻苯二甲酸酯( 烷基链碳原 子数小于6 ) 具有急性中毒作用，中毒机理为混合麻醉型( v e r h a a re t a l ，1 9 9 2 ；r h o d e s e t a 1 ，1 9 9 5 ；r u s s o me ta 1 ，1 9 9 7 ；p a r k e r t o na n dk o n k e l ，2 0 0 0 ) ，而烷基链碳原子数大于6 的 邻苯二甲酸酯未表现出急性致死作用，这是因为高分子量的邻苯二甲酸酯水溶解度较 低，在受体体内达不到临界负荷( p a r k e r t o na n dk o n k e l ，2 0 0 0 ) 。在有机物的急性毒性测 试中，水溶解度和正辛醇水分配系数( k o w ) 是很有用的辅助判断指标，它们与有机 物对水生生物的毒性密切相关( a d m a s e ta 1 ，1 9 9 5 ) 。 有机物的急性中毒浓度一般随分子量的增加而下降。p a r k e r t o na n dk o n k e l ( 2 0 0 0 ) 用 定量结构活性相关方法，研究了低分子量的几种有机物的预测非有效浓度( p r e d i c t e d n o e f f e c tc o n c e n t r a t i o n s ，p n e c s ) ，评价了邻苯二甲酸酯对水生生物的毒性，如图1 3 所示。 d m pd e pd n b pb b p 邻苯二甲酸酯p a e s 图1 - 3 几种邻苯二甲酸醑的预测非有效浓度( 单位；pg ，l ) f j g 1 - 3p n e c s o f s o m ep a l e s ( p a r k e r t o na n d k o n k e l ，2 0 0 0 ) 从图1 3 可见，随有机物分子量的增加，毒性降低。c a l l 等人( c a l le t a l ，2 0 0 1 a , 2 0 0 1 b ) 用6 种邻苯二甲酸酯对三种无脊椎动物( h y a l e l l a a z t e c a , c h i r o n o m u st e n t a n s 和l u m b r i c u l u sv a r i e g a t u s ) 作毒性试验。结果表明，在其他条件一致的情况下，急 !i 3 0 0 0 0 o 0 0 0 0 + + + + + + + + e e e e e e b e ；!l 0 uhi山 浙江大掌博士掌位论文：l 引静 性中毒浓度随水溶解的增加而迅速增大，随脂溶性增加而迅速降低。换言之，6 种分 子量较低的邻苯二甲酸酯对实验动物具有不同程度的急性致毒效应，即邻苯二甲酸 酯的脂溶性低，急性致毒作用强。邻苯二甲酸酯类有机物对水生生物的半致死浓度 与其正辛醇水分配系数( k o w ) 之间存在如下定量关系： l o g ( l c 5 0 ) = a l o g k o w + b 式中各r 2 在o 9 6 2 1 0 0 之间，a 、b 为相应的常数。 影响生物遗传 邻苯二甲酸酯被认为是环境激素( x e n o e s t r o g e n s ) ，对动物的内分泌具有干扰作用， 即( 抗) 雌性荷尔蒙( e s t r o g e n s ) 和( 抗) 雄性荷尔蒙作用( a n d r o g e n s ) ( c o l b o m e t a ，1 9 9 3 ； g i l l e s b ya n dz a c h a r e w s k i 1 9 9 8 ；s o h o n ia n ds u m p t e r , 1 9 9 8 ) 。v a nw e z e l 等人的体内测试 ( 加v i t r ot e s t i n g ) 证实，部分邻苯二甲酸酯( 如d b p 、d e p 、d h p 、b b p 、d e h p 、d i b p 和m e h p ) 对内分泌产生干扰效应( v a nw e z e le t a l ，2 0 0 0 ) 。 a n k l e y 等人( 1 9 9 8 ) 采用体外试验( i n v i v ot e s t i n g ) 证实，d b p 、d e h p 、b b p 、 d e p 和d h p 对内分泌具有干扰效应( s h a r p e e ta 1 ，19 9 5 ；l a m be ta 1 ，19 9 7 a ；l a m be ta 1 ， 1 9 9 7 d ；c h a p i n e ta 1 ，1 9 9 7 ；m i l l i g a ne ta 1 ，1 9 9 8 ) ，而d o p 、d i h p 、d i n p 和d i d p 无干 扰效应( l a m be ta 1 ，1 9 9 7 d ；m i l l i g a ne ta 1 ，1 9 9 8 ；z a c h a r e w s k ie ta 1 ，1 9 9 8 ；v a nw e z e l e t a 1 ，2 0 0 0 ) 。 环境激素会导致野生动物雄性生育能力退化。对人类，它会引起男性人群生殖力下 降，诱发男子女性化；引起女性生殖系统紊乱，内分泌失调。环境激素通过植物、动物 等食物链传递，可被生物浓缩，浓度可大幅度提高。人类饮食受环境激素污染的食品后， 通常积累于体内脂肪中，其中一部分可通过受孕妇女胎盘遗传给子代。 1 3邻苯二甲酸酯生物降解性的研究进展 1 3 1 邻苯二甲酸酯好氧生物降解 ( 1 ) 好氧生物降解的测试方法 邻苯二甲酸酯生物降解的测试方法有多种。可以测定基质的消失，即初级 生物降解( p r i m a r yb i o d e g r a d a t i o n ) 测试；也可测定目标产物的形成，即终极生 9 i 且救博畦船文：邻摹二甲i e r - l o 研，巴 物降解( u l t i m a t eb i o d e g r a d a t i o n ) 测试。可以在测试系统中添加接种物，也可以 不加接种物。在添加接种物的情况下，可以直接应用，也可以先对接种物进行驯 化。在实际应用中，通常将几种方法组合起来。前人以活性污泥作为接种物，对 这类化合物的初级好氧生物降解进行过测试( b a r t ha n db u n c h ，1 9 7 9 ；p a t t e r s o n a n dk o d u k u l a , 1 9 8 1 ；s u g a t te ta 1 ，1 9 8 4 ：0 g r a d ye ta 1 ，1 9 8 5 ；n y h o i r a , 1 9 9 0 ； a i c h i n g e re ta l ，1 9 9 2 ) 。当以未驯化活性污泥作为接种物时，分子量较低的邻苯 二甲酸酯( 如d m p 、d e p 、d b p 和b b p ) 容易发生初级生物降解，一周内降解 率达8 0 ：分子量较高的邻苯二甲酸酯初级生物降解速率很低。当以经过驯化的 活性污泥作为接种物时，分子量较高的邻苯二甲酸酯初级生物降解率提高，1 2 天后降解率达9 0 。驯化接种污泥，可大大提高测试系统中邻苯二甲酸酯的初级 生物降解速率。 也有人对邻苯二甲酸酯的终极好氧生物降解进行了研究。a i c h i n g e r 等人 ( 1 9 9 2 ) 、e x x o nb i o m e d i c a ls c i e n c e si n c ( 1 9 9 6 ) 以基质氧化所消耗的氧作为指 标，用呼吸仪测定t 令i i 苯二甲酸酯的好氧生物降解性，被测基质的终极好氧降解 时间少于2 8 天。s u g a r 等人( 1 9 8 4 ) 、n y h o l m ( 1 9 9 0 ) 、s t r u i j s 和s t o l e n k a m p ( 1 9 9 0 ) 以及s c h o l t z ( 1 9 9 4 ) 等人以基质氧化所产生c 0 2 作为指标，通过计量c 0 2 产生 量测定了邻苯二甲酸酯的终极好氧生物降解。研究发现，邻苯二甲酸酯的终极好 氧生物降解速率一般随烷基链长度的增加而下降。温度也有较大的影响，邻苯二 甲酸酯在低温下的终极好氧生物降解速率显著降低( p e r e z e ta 1 ，1 9 8 5 ；r i t s e m ae t 口，1 9 8 9 ：f u r t m a n n ，1 9 9 3 ) 。 除上所述，还可以对研究对象进行原位生物降解测试或进行微宇宙研究 ( m i c r o c o s ms t u d y ) 。例如，有人对邻苯二甲酸酯在土壤中的生物降解状况作了 原位测试( f a i r b a n ke ta 1 ，1 9 8 5 ；s c h m i t z e re ta 1 ，1 9 8 8 ) ，发现土著微生物具有降 解这类化合物的潜能( s t a p l e se ta l ，1 9 9 7 ) 。另外，有人则采用微宇宙研究法， 测试了自然水体和沉积物对d e p 、d n b p 、b b p 、d n o p 和d e h p 的生物降解潜 能( s a n b o r ne ta l ，1 9 7 5 ；s o d e r g r e n ，1 9 8 2 ；p e t e ze ta 1 ，1 9 8 3 ；d a v e ye ta 1 ，1 9 9 0 ； a d a m sa n ds a e g e r , 1 9 9 3 ) 。 ( 2 ) 好氧生物降解的测试研究 生物降解是影响邻苯二甲酸酯在环境中的行为和归宿的重要过程。在过去几 l o 浙江大掌博士掌位论文：1 引诗 十年中，对这类化合物的生物降解性状作过一些研究。测试发现，许多微生物具 有降解邻苯二甲酸酯及其中间体的能力( w i l l i a m sa n d d a l e ，1 9 8 3 ；k a r e g o u d a r a n d v u j a r , 1 9 8 4 ；n o m u r a e t a ，1 9 8 9 ；y a ne t a l ，1 9 9 5 ) 。m a t h u r 和r o u a t t ( 1 9 7 5 ) 分离 出s e r r a t i a 、m a r c e s c e n s ，b i o g i o 等菌，能将d e h p 和d o p 用作唯一碳源和能源， 其初级降解产物为邻苯二甲酸和短链醇，这些初级降解产物可被许多微生物继续 降解，最后转化成c 0 2 和水。邻苯二甲酸酯既可被分离的单种微生物降解，也 可被微生物菌群所降解：在自然环境中，微生物菌群的作用更大( e n g e l h a r d t e t a l 1 9 7 5 ；a f r i n ge t a l ，1 9 8 1 ；k u r a n e ，1 9 8 6 ) 。e n g e l h a r d t 等人( 1 9 7 5 ) 发现，镰胞菌可 有效降解邻苯二甲酸二丁酯和邻苯二甲酸二异戊酯，但不能将其作为唯一的碳源 和能源，这种代谢属于共代谢。在土壤中，邻苯二甲酸酯可被许多细菌( 棒杆菌、 节杆菌、分枝杆菌) 和真菌( 薄青霉等) 等降解，生成邻苯二甲酸单酯和邻苯二 甲酸，再由假单胞菌、短杆菌等转化成原儿茶酸或顺式己二烯酸，最后经开环， 脱羧等反应降解为c 0 2 和水。 在测试初期，邻苯二甲酸酯对微生物的降解有一定的抗性，经过一定时间适 应后，会诱发产生一些降解所需要的酶，使基质发生降解。邻苯二甲酸酯先发生 初级降解，经过一定时间后，才能完成终极降解。分子量高的邻苯二甲酸酯不容 易被微生物利用，但在一定条件下，经过较长时间，也可以被降解。s a e g e r ( 1 9 7 6 ) 、 s u g a t tf 1 9 8 3 ) 和o g r a d y 等人( 1 9 8 5 ) 利用天然河水作为接种物，采用摇瓶培养 法研究了部分邻苯二甲酸酯的生物降解性能。他们的测定结果表明，这些生境中 的微生物能够降解大多数邻苯二甲酸酯，降解程度与降解速率随烷基链长度的增 加和分支侧链的增多而降低，各邻苯二甲酸酯的初级降解率 - - 9 0 ( 以母体化合 物消失量表征) ，但终极降解率( 以c 0 2 释放量表征) 达5 5 左右( r i c h a r d e t a l ， 1 9 8 4 ；o g r a d y e t a l 。1 9 8 5 ) 。程桂荪等人( 1 9 8 6 ) 对5 种邻苯二甲酸酯在水和土壤 环境中进行生物降解性研究，在天然土壤中降解率为1 4 1 ，接种4 株降解菌后 可提高至2 0 3 0 5 0 5 。 在天然水体中，d e h p 是主要检测出的邻苯二甲酸酯类。w y l i e 等人( 1 9 8 2 ) 用未过滤海水作为接种物，对d e h p 进行了好氧降解的研究，测得平均生物降解 半衰期为7 8 天。用富营养化湖水作为接种物，测得终极降解的半衰期为1 2 6 4 天( s u b b ae t a l ，1 9 8 2 ；r u b i ne t a l ，1 9 8 2 ) 。用贫营养湖水作为接种物，测得终极 j ：胃，毂博士论文：讳摹= ；甲【e ，h t f 竞 降解的半衰期为6 0 天( r u b i ne ta 1 ，1 9 8 2 ) 。在1 0 2 0 c 条件下，用海水进行微 宇宙研究( d a v e ye t a l ，1 9 9 0 ) ，d e h p 的降解半衰期在1 2 6 7 天之间。 在天然土壤中，d e h p 的降解程度和降解半衰期变化很大，完成初级降解所 需时间为1 7 5 天，完成终极生物降解所需的时间为4 2 5 0 天( s t a p l e se ta 1 。 1 9 9 7 ) 。t a g a t z 等人( 1 9 8 6 ) 在实验室和实地对沉积物中d b p 进行降解研究，测 得初级生物降解半衰期为3 4 周，f i s h 等人( 1 9 7 7 ) 测得的d e h p 初级生物降 解半衰期为3 个月。在沉积物中，邻苯二甲酸酯生物降解的半衰期很长，主要原 因可能是供氧不足。 ( 3 ) 活性污泥法降解处理 活性污泥法是目前使用频度最高的废水生物处理方法。研究活性污泥对邻 苯二甲酸酯的生物降解性状，可为含邻苯二甲酸酯的废水的生物处理提供依据。 据报道，在城市污水或工业废水的生化处理系统中，对d m p 、d e p 、d b p 和d a p 等分子量不高的邻苯二甲酸酯去除效果较好，但对d o p 和d e h p 等分子量较高 的邻苯二甲酸酯去除效果较差，只能去除3 7 8 0 ( g h i s a l b a , 1 9 8 3 ) ，如果将d o p 和d e h p 吸附到合成树脂或活性碳上，可将去除效果提高到9 0 1 0 0 ，但处理 成本也将大大提高( 叶常明，1 9 9 3 ) 。 叶常明等人( 1 9 8 9 ) 以活性污泥作为微生物的种源用鼓泡衰变实验装鼍 研究了邻苯二甲酸酯的生物降解，除d o p 外，测试的d m p 、d b p 和d a p 去除 率都在9 8 以上。k t t r a n e 等人( 1 9 7 8 ) 的测试结果为：d e h p 可在一天内去除 9 8 - 2 。 o g r a d y 等人( 1 9 8 5 ) 用洗涤剂联合会生物降解测试分会推荐的半连续活性 污泥法，测试了1 2 种邻苯二甲酸酯的生物降解性状。在该测试系统中，邻苯二 甲酸酯的降解性较好，但随着化合物分子量的增加，降解性交差。 ( 4 ) 邻苯二甲酸醑的降解菌 由于环境中邻苯二甲酸酯的普遍存在，邻苯二甲酸酯降解菌的出现频度也 很高。m o r m u r a 等人( 1 9 8 9 ) 从塑料和油漆厂的污泥样品中，分离出降解邻苯二 甲酸酯的菌株，其中1 1 6 株是革兰氏阴性杆菌，一株为革兰氏阳性微球菌。经鉴 定，大多数杆菌为假单胞菌，其它为农杆菌( 4 9 r o b a c t e r i u m ) 和产碱菌 阳l c a l i g e n e s ) ，微球菌归入微球菌属。程桂荪等人( 1 9 8 6 ) 从受d b p 污染的土壤 浙江大掌博士掌位论文：1 引论 中分离获得了荧光假单胞菌和野油菜黄单胞菌，两菌株对d b p 具有较强的降解 能力，其降解率分别为7 2 2 和8 2 7 。顾宗濂等人( 1 9 9 5 ) 对垃圾中邻苯二甲酸 酯进行降解研究，分离出4 株降解菌，分别为属链胞菌( f u s a r i u ms p ) 、酵母 ( s a c c h a r o m y c e ss p ) 、不动杆菌( a c i n e t o b a c t e rs p ) 和黄单胞菌( x a n t h o m o n a s s p ) 。对邻苯二甲酸酯的降解率达7 2 7 7 。叶常明和田康在研究4 种邻苯二 甲酸酯( d m p 、d e p 、d b p 和d a p ) 的生物降解中，分离获得一个菌株，经鉴 定为固氮单胞菌( a z o m o n a s ) 。陈英旭等人( 1 9 9 7 ) 用两种邻苯二甲酸酯对不同 的土壤进行驯化，分离得到真菌1 1 株、细菌9 株，都能以d e h p 为唯一碳源和 能源进行生长。紫红色球菌( r h o d o c o c c u ss p p ) 降解邻苯二甲酸二甲酯( d m p ) 、 邻苯二甲酸二丁酯( d b p ) 和邻苯二甲酸二乙基己基酯( d e h p ) 的效果也不错 ( s l i z e n ie t a l ，1 9 9 0 ) 。 文献报道的一些邻苯二甲酸酯降解菌见表l - 5 。 表1 - 5邻苯二甲酸酪的降解菌 t a b l e1 - 5b i o d e g r a d a t i o nb a c t e r i ao f p h t h a l i ca c i de s t e r s 降解菌属 固氮单胞菌属 假单胞菌属 黄单胞菌属 农杆菌属 链胞菌属 诺卡氏菌属 不动杆菌属 产碱菌属 酵母菌属 木霉属 紫红球菌属 青霉属 属名参考文献 a z o m o n a s叶常明，田康，1 9 8 9 p s e u d o m o n a s a l t e n s c h d i d t e t a l ，1 9 9 3 ；n o r m u r a , 1 9 8 9 ；k u r a n ee t a l ，1 9 7 8 6 x a n t h o r n o r n a s 顾宗濂等人，1 9 9 5 ；n o r m u r a , 1 9 8 9 a g r o b a c t e r i u mk u r a n e ，1 9 8 6 ；n o r m u r a , 1 9 8 9 f u s a r i u m e n g e l h a r d t a n dw a l l n o f e r , 1 9 7 8 n o c a r d i ak u r a n ee ta ，1 9 7 8 ；k u r a n e ，1 9 8 6 ；e n g e l h a r d ta n dw a l l n o f e r , 1 9 7 8 a c i n e t a b a c t e r 顾宗濂等人，1 9 9 5 a l c a l i g e n a s n o r m u r ae ta ，1 9 8 9 s a c c h a r o m y c e s 顾宗濂等人，1 9 9 5 t r i c h o d e r m a陈英旭等人，1 9 9 7 r h o d o c o c c u ss l i z e n ie l 耐1 9 9 0 p e n i c i l i u m k l a n s m e i s e r e t a l ，1 9 8 1 ；陈英旭等人，1 9 9 7 j ：且救博t 艴文：嘲i 摹二甲【r 生r 降，t 习f ，巴 ( 5 ) 好氧生物降解途径 在邻苯二甲酸酯的微生物降解过程中，首先由微生物分泌的水解酶将双酯 转化为单酯与相应的醇，再进一步将单酯转化为邻苯二甲酸与相应的醇。在好氧 条件下，醇可通过阻氧化途径和三羧酸循环，彻底分解成c 0 2 和水；邻苯二甲 酸则可由微生物合成的单加氧酶或双加氧酶作用继续降解。一般情况下，多数细 菌合成双加氧酶，而多数真菌合成单加氧酶。从能量上看，双加氧酶可使微生物 获得更多的能量。在进一步的降解过程中，邻苯二甲酸形成3 , 4 2 羟基邻苯二甲 酸和4 ，5 2 羟基邻苯二甲酸，再形成3 , 4 2 羟基苯甲酸( 原儿茶酸，p r o c a t e c h u a t e ) ， 并通过邻位途径和间位途径使芳香环裂解，前者形成丙酮酸和草酰乙酸 ( o x a l o a c e t a t e ) ，后者形成b 一酮己二酸( 1 3 一k e t o a d i p a t e ) ，进一步降解为乙酰c o a 和琥珀酸( s u c c i n a t e ) ( e a t o na n dr i b b o n s ，1 9 8 2 ；n o m u r ae ta 1 ，1 9 8 9 ；k o h l ie la 1 ， 1 9 8 9 ) 。最后通过三羧酸循环，彻底氧化成c 0 2 和水( 图1 - 4 ) 。 1 4 浙江大掌博士学位论文：l 引静 邻苯二甲酸酯 弋尸h - z r + 邻苯二甲酸单酯 或 h 2 0 r o h 二k _ 4 3 , 4 二羟基邻苯二甲酸3 , 5 二羟基邻苯二甲酸 间位裂解 c 么c 伪 3 ，4 - 二羟基邻苯二甲酸( 原儿茶酸) 气0 2 弋獬 4 羧基粘糠酸 3 。羧基_ 顺- 顺己二烯二酸 乙酸+ c 0 2 + 琥珀酸( 盐)丙酮酸+ c 0 2 邻苯二甲酸 图l - 4 邻苯二甲酸的好氯生物降解途径( e j l e r t s s o na n ds v e n s s o n ，1 9 9 5 ) f i g 1 - 4b i o d e g r a d a t i o np a t h w a yo f p h t h a l i ca c i de s t e r sb ya e r o b i cb a c t e r i a 1 5 i 且，坤士艟文：讳摹= ：甲i | | e r l 鼍巴 1 3 2 邻苯二甲酸酯的厌氧生物降解 进入自然界中的各种化合物，都有可能进入厌氧或缺氧环境，如湖泊等沉积物、 沼泽、淹水土壤、垃圾填埋场等。研究邻苯二甲酸酯的厌氧生物降解，对于这些化 合物的环境风险评价和厌氧生物处理含这些化合物的废水，具有重要意义。 ( 1 ) 厌氧生物降解测试方法 邻苯二甲酸酯厌氧生物降解的测试方法类似于好氧生物降解，可以测试基质的 消失( 初级生物降解测试) 或目标产物的形成( 终极生物降解测试) 。o w e n 等人( 1 9 7 9 ) 以c o ：和c h 4 产量为指标，进行了邻苯二甲酸酯的终极厌氧生物降解研究。他们在 加入污泥( 接种物) 和被测试化合物后，收集并记载气体( c 0 2 和c i - h ) 产量，通 过与未加受试化合物的对照进行比较，以实际产气和理论产气的比值，来衡量化合 物的生物降解程度。g l e d h i l l ( 1 9 7 9 ) 对此作了改进，用压力传感器代替了对气体的 收集与计量。1 9 9 1 年i s o ( 国际标准组织) 采用e c e t o c ( 1 9 8 8 ) 推荐的方法作为 有机化合物厌氧降解测试的评价方法( e c e l 0 c ，1 9 8 8 a ) 。 ( 2 ) 厌氧生物降解测试研究 o c o n n o r ( 1 9 8 9 ) 等人对四种邻苯二甲酸酯和邻苯二甲酸( 盐) 的厌氧降解进行 了测试。在测试系统中，所有邻苯二甲酸酯和邻苯二甲酸( 盐) 都不同程度地降解， 低浓度条件下的降解率大于高浓度的降解率，一般较高分子量的邻苯二甲酸酯( 如 d e h p ) 降解率较低。测试表明，当邻苯二甲酸二甲酯浓度达2 0 m g l ，它对产甲烷 反应有轻微的抑制作用，但增加接种量可消除这种作用。多数邻苯二甲酸酯都可被 厌氧生物降解，未发现有毒害作用。 在邻苯二甲酸酯厌氧生物降解测试中，以d e h p ( 所选样本d n o p 的异构体) 研究较多( s t a p l e se l a l ，1 9 9 7 ) ，包括初级厌氧降解( s c h w a r t ze l a l1 9 7 9 ；s h e l t o n a n d t i e d j e ，1 9 8 1 ；s h e l t o ne la 1 ，1 9 8 4 a ；s h a n k e r e ta 1 ，1 9 8 5 ；z i o g o ue la 1 ，1 9 8 9 ；p a i n t e ra n d j o n e s ，1 9 9 0 ；r u d e le l a l ，1 9 9 3 ) 和终极厌氧降解( s h e l t o n 甜a ，1 9 8 4 a ；b a t t e r s b ya n d w i l s o n ，19 8 8 ；o ，c o n n o r a ，】9 8 9 ) 。对其它邻苯二甲酸酯的厌氧生物降解，文献报 道很少。 ( 3 ) 厌氧生物降解途径 对邻苯二甲酸酯厌氧降解菌的研究，很少见文献报道。已有的研究工作大多 针对混合培养物( a r r i n ge t a l ，1 9 8 1 ) 。对于邻苯二甲酸酪厌氧降解途径