（环境工程专业论文）4—壬基酚的微生物降解研究.pdf

摘要 壬基酚是环境激素中雌激素效应比较强，难生物治理的化合物，治理洗涤、日化废水的关 键就是对壬基酚的有效治理。本文通过大量的实验研究工作，系统地对4 一壬基酚降解菌分离 与生长繁殖特性、高效降解菌对4 一壬基酚降解性能、生物强化因子等进行了初步研究，为治 理工业废水中4 一壬基酚提供了理论依据。 1 对采集的样品进行好氧驯化，从分离出的3 1 株菌中筛选出了5 株细菌，它们可以在固体培 养基上良好生长，并对4 一壬基酚有较好的降解效果。 2 分离出的5 株细菌，标记为菌株a 、菌株b 、菌株c 、菌株d 、菌株e 、对它们的菌落形 态特征进行了初步研究。 3 通过对初筛菌株生长特性的研究，a 、b 、c 、e 四菌都是在4 8 h 后就进入稳定期，其中a 、 b 两菌的生长情况比较接近，d 菌则比其它四株菌较快的进入稳定期( 2 4 h ) ，c 菌相比其它 四株菌在同一时间内细胞增殖的最快。 4 环境因素对菌株生长的有一定的影响，在实验室条件下，五株菌在不同的p h 下生长差异 比较大，a 菌株在p x 5 0 和p h 9 0 生长都比较差，在p h 6 0 - 8 0 生长都比较好。b 菌在p h 5 0 时的生长受到了抑制，2 0 c 和2 5 c 时a 和b 菌的生长都差不多，2 5 c 时两株菌的生长量要 略高一点；c 菌在中性偏碱性条件下生长都较好，最适温度为3 5 1 2 ；d 菌反而在两个极端生 长较好，在p h 6 0 - 8 0 时一般，e 菌在p h 5 0 时生长受到了抑制，d 和e 菌的最适温度为2 0 。 5 采用人工诱变一紫外线照射诱变法，对分离筛选出的五株降解菌进行了诱变处理，经扩大 培养，得到三株生长与降解效果较好的菌株x 、y 、z 。菌株降解效果测定结果表明，菌株x 和y 降解性能高于菌株z 。 6 对诱变得到的高效降解菌株的特性进行了较为详细的研究，主要是在多种环境条件下， 对菌株生长繁殖、降解4 一壬基酚能力的变化进行了实验研究，摸索出了最适的菌株培养条 件，在这些条件共同存在并作用下，菌株降解4 一壬基酚的效率有很大的提高，最高壬基酚 去除率可达7 6 4 。 7 通过共代谢初级碳源和氮源对菌株降解性能比较，实验结果得出4 一n p 并不是x 和z 菌株的 唯一碳源，外碳源的加入在一定浓度上促进了菌株的降解，而葡萄糖浓度的改变反而降低了 y 菌株的降解率，说明葡萄糖在一定程度上抑制了菌株对碳源的吸收。当培养液中硝酸铵的 浓度为4 0 m g l 时促进了x 和y 菌株的降解，降解率分别为7 9 8 和7 8 6 。对z 菌株随着培养 液中硝酸铵浓度的增大，降解率逐渐降低，可见培养液中氮源浓度的增长抑制了z 菌株对4 - - n p 碳源的利用。 8 在菌株y 最佳生长温度，p h 值条件下，进行实验室模拟实验。有诱变菌株的一组降解效 果较对照组好，在t 0 0 m l 的4 壬基酚浓度下，1 d 后加诱变菌组在降解率可达到7 5 2 ， 而对照组仅达到5 1 i 在3 0 0 m g l 的4 一壬基酚浓度下， 而对照组降解率仅达到3 9 。 关键词：环境激素，4 一壬基酚，高效菌株，生物降解， i l l d 后加诱变菌组在可降解6 7 5 ， 影响因子 a b s t r a c t n o n y l p h e n o l p ( n p ) i sak i n do f c o m p o u n dw h i c hi sh a r dt od i s p o s eu n d e r b i o l o g y f a t h e r i n g a n dh a sc o m p a r a t i v e l yh i g ht o x i c i t yt oe e d s t h ek e yp o i n to fw a s h i n g w a s t ew a t e ri st h ee f f e c t i v ef a t h e r i n go f l i g n i n t h r o u g hal a r g ea m o u n to f e x p e r i m e n t ， s u c ha st h es e p a r a t i o no fh i 【g he f f e c tb a c i l l ia n di t s g r o w t ht r a i t ，t h ed e g r a d a t i o n c a p a b i l i t yo fl l i g he f f e c tt o4 - n p ，a n de x p e r i m e n to fb i o l o g ys t r e n g t h e ng e n e ，t h e t h e s i sp r o v i d e st h e o r ys u p p o r to f i m p r o v i n gt h ed i s p o s a le f f e c to f 4 n pi nt h ew a s h i n g w a s t ew a t e r 1 s c r e e n i n go u t5b a c i l l if r o m3 1k i n d so f b a c i l l i w h i c hc a ng r o ww e l li nt h es o l i d c u l t u r em e d i u m ，m a k i n ge l e m e n t a r yr e s e a r c ho ft h ed e g r a d a t i n gc a p a b i l i t yo f t h e s e5b a c i l l it o4 - n p 2 s e p a r a t i n gt h ea n i m a l c u l ew h i c hc a ng r o wc o m p a r a t i v e l yw e l li n t h ec u l t u r e m e d i u mw h i c hi n c l u d e s4 - n pa f t e rd o m e s t i c a t i n gt h eg a t h e r e ds a m p l e s c r e e n i n g o u t5b a c i l l if r o m3 1k i n d so f b a c i l l ia f t e rs e p a r a t i n gt h e mt h o u g hf l a ts c o r e ，a n d m a r k i n gt h e ma ss t r a i na 、s t r a i nb 、s t r a i nc 、s t r a i nd 、s t r a i ne ，a l lo f t h e mc a n g r o ww e l li nt h ec u l t u r em e d i u mw h i c hi n c l u d e s4 - n p w ea l s om a k er e s e a r c ho f i t ss h a p ec h a r a c t e r 3 t h r o u g ht h er e s e a r c ho ft h eg r o w t hc h a r a c t e r i s t i co ft h e s eb a c i l l i w ef i n do u tt l l a t a 、b 、c 、ec o m ei n t os t a b i l i z a t i o n4 8h o u r sl a t e r ，a m o n gt h e m ，ag r o w sc l o s et o b ，de n t e r si n t os t a b i l i z a t i o nq u i c k e rt h a nt h eo t h e rf o u r ，cp r o l i f e r a t ec e l l sf a s t e r t h a nt h eo t h e rf o u ri nt h es a m et i m e 4 n 玲e n v i r o n m e n th a ss o m ee f f e c to nt h eg r o w t ho f t h eb a c i l l i u n d e rt h ec o n d i t i o n o ft h el a b ，t h e r ee x i s t sd i f f e r e n c ea m o n gt h e5b a c i l l iw i t hd i f f e r e n tp h ag r o w s b a du n d e rp h 5 0a n dp h9 0 ，w h i l eg r o w sw e l lu n d e rp h6 0 - 8 0 br e s t r a i n si t s g r o w t hu n d e rp h 5 0 ag r o w sc l o s et ob u n d e r2 0 c a n d2 5 。c t h e s et w og r o wa l i t t e rb i th i g hu n d e r2 5 cg r o w sw e l lu n d e rt h ec o n d i t i o no fa l k a l e s c e n t t h e p r o p e rt e m p e r a t u r e i s3 5 h o w e v e r , dg r o w sw e l li nt h et w oe x t r e m e s c o m m o n l yu n d e rp h 6 0 8 0 dr e s t r a i n si t sg r o w t hu n d e rp h 5 0 ，a n dt h ep r o p e r t e m p e r a t u r ef o rd a n dei s2 0 5 a d o p t i n gt h em e t h o do fm u t a t i o nl a w - u l t r a v i o l e ti r r a d i a t i o nm u t a g e n i cl a w ，a n d m a k i n gas e r i e so fd i s p o s a lt ot h e5b a c i l l ib yu s eo ft h ea p p r o p r i a t em u t a g e n d o s a g e ，w ec a ng e t3b a c i l l ix 、y 、zw h i c hg r o w sw e l l ，m a k i n gf a v o r a b l e f o u n d a t i o no fd e g r a d a t i o n t h er e s u l ti n d i c a t e st h a tt h ed e g r a d a t i n gc a p a b i l i t yo f x a n d y i s h i g h e r t h a n z 1 1 1 6 w ed od e t a i l e dr e s e a r c ho nt h ec h a r a c t e r i s t i co f t h eh i 曲e f f e c tb a c i l l i ，p a r t i c u l a r l y u n d e rv a r i o u se n v i r o n m e n tc o n d i t i o n b ys t u d y i n gt h ep r o p a g a t i o no fb a c i l l ia n d t h ec h a n g eo ft h ec a p a b i l i t yt od e g r a d e4 一n p ，w ec a l lf i n do u tt h es u i t a b l e c o n d i t i o n w ec a l li m p r o v et h ee f f i c i e n c yo ft h eh i g l le f f e c tb a c i l l iu n d e rt h e s e c o n d i t i o n w i p i n go f f4 - n p7 6 4 t h er e s u ri n d i c a t e st h a tt h ec o n d i t i o no f t e m p e r a t u r ei s3 0 c 7 t h r o u g ht h em e d i u mo fm a n i f o l de n m e t a b o l i s mp r i m a r yc a r b o ns o u r c ea n d n i t r o g e ns o u r c ee f f i c i e n c yc o m a r e ，w ef o u n dt h a t4 - n pd e g r a d a t i o nc a l l b e i n e r e a s o dw i mt h ec o n c e n t r a t i o no fe x t e m a lc a r b o ns o b r c ef o rs t r a i n txa n ds t r a i n t yb u tn o tt h es t r a i n to f y 8 u n d e rt h eo p t i m a lc o m b i n a t i o no ft e m p e r a t u r e , p h s o m el a b o m t o r i a ls i m u l a t i o n e x p e r i m e n t sw e r ec a r r i e do u t t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h ep e r f o r m a n c e o ft h eg r o u pc o n t a i n i n gm u t a t e ds t r a i ni sb e t t e rt h ep e r f o r m a n c eo fc k w h e nt h e d e n s i t yo f 4 - n pw a s1 0 0 m g l t h er e m o v a lr a t eo f m u t a t e dg r o u pw a s 7 5 2 a f t e r l dd e g r a d a t i o na n dt h a to f c kw a s5 1 w h e nt h ed e n s i t yo f 4 - n pw a s3 0 0 m # l t h er e m o v a lr a t eo f m u t a t e dg r o u pw a s6 7 5 a f t e ri dd e g r a d a t i o na n dt h a to f c k w a s3 9 k e y w o r d s ：e e d s ，4 - n p , h i g h l ya c t i v es t r a i n ，b i o d e g r a d a t i o n ，e f f e c tf a c t o r 术语及略语 n p 4 - n p d e s e e d s e d c s h f p o p s e p a h p l c s p e g c m s m l s s m l v s s s v i 缩语与略语表 英文全称 n o n y l p h e n o l p 4 - n o n y l p h e n o l p d i e t h y l s f i l b e s t r o l e n v i r o n m e n te n d o c r i n e d i s r u p t e r s e n d o c r i n ed i s r u p t i n g c h e m i c a l s g l o b a le n v i r o n m e n t a l c o n s e r v a t i o no r g a n i z a t i o n p e r s i s t e n to r g a n i c p o l l u t a n t s e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n a g e n c y h i g hp e r f o r m a n c el i q u i d c h r o m a t o g r a p h y s o l i dp h a s ee x t r a c t i o n g a sc h r o m a t o g r a p h - m a s s s p e c t r o m e t e r m i x e dl i q u o rs u s p e n d e d s o l i d m i x e dl i q u o rv o l a t i l e s u s p e n d e ds o l i d s l u d g ev o l u m ei n d e x v i i l 中文全称 壬基酚 对位壬基酚 已烯雌酚 环境内分泌干扰物 内分泌干扰化合物 世界野生动物基金会 持久性有机污染物 美国环境保护署 高效液相色谱 固相萃取 气相色谱一质谱联用 仪 混合液中总的悬浮固 体浓度 混合液中可挥发性悬 浮固体浓度 活性污泥体积指数 文献综述 1 环境激素的概念 众所周知，在正常情况下，人和其他的生物能根据自身各自生长阶段的需要合成 各种代谢调节物质，即内分泌激素。正是由于内分泌激素的作用，自然界中的生物才 得己进行正常的新陈代谢，世代相传。然而，近年来随着工业现代化时代的到来，释 放到环境中的化学物质逐渐增多，人类不断发现了一些存在于生物机体以外的，能引 起生物内分泌紊乱的物质，它们对野生动物和人类的健康构成了严重的威胁，并进而 影响生物物种的繁衍和生存。 对这类物质的研究起源于2 0 世纪3 0 年代人工合成的雌性激素( d e s ) ，当时就曾报 道过雌激素效应这个词，1 9 7 7 年，日本学者提出了“环境激素”这个名称，但没有 引起广泛的注意。直到1 9 9 6 年美国波士顿环境报的记者戴安达玛诺斯基在所著 被夺去的未来一书中正式提出“环境激素”一词，立即引起全球有识人士的重视 和广泛研究“。所谓的“环境激素”是一个模糊的集合概念，是指能够干扰生物与 人体正常内分泌功能、导致内分泌障碍的外源性物质，这种物质能在完整的机体或子 代引起不良的健康效应，具有类似雌激素的作用，有些学者又称为环境内分泌干扰物， ( e n v i r o n m e n te n d o c r i n ed i s r u p t e r s ，e e d s ) 、内分泌活性化合物( e n d o c r i n ea c t i v e c o m p o u n d s ) 或内分泌干扰化合物( e 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 ，e d c s ) m 1 。 2 环境激素的种类 目前，在美国化学文摘中登记的化学物质已超过2 0 0 0 万种，每年新合成约1 0 万种， 经常使用的有7 8 万种，我国能生产3 7 万种。1 9 9 6 年，美国环境保护局( e p a ) 从环 境保护以及维护生态平衡和保障人类出发，首次正式列出了6 0 种有内分泌干扰作用的 化学物质( 即环境激素污染物) 。随后，世界野生动物基金会( w w f ) 在1 9 9 7 年将其中 的6 8 种确定为环境激素类物质。2 0 0 3 年，日本国立环境研究所( n i e s ) 也公布了6 8 中被怀疑具有内分泌干扰作用的化合物。目前，上百种为环境激素疑似物质，大量的 筛选工作还在进行当中”1 。环境激素按来源分主要有以下几类： 人工合成的雌激素包括与雌二醇结构相似的类固醇衍生物，也有些是结构简单的同 型物，即非甾体雌激素，乙烯雌酚是后者的代表，此外还有已烷雌酚，炔雌醇和炔雌醚。 主要用与避孕药或用于促进家畜生长的同化激素。 植物性雌激素植物雌激素是一类存在于天然植物中结构与雌激素相似并具有雌激 素效能的天然化合物，包括异类黄酮( i s o f l a v o n e s ) ，c o u m c s t a n s 和木酚素( l i g n a n s ) 三大类。染料木黄酮( g e n i s t c i n ，g e n ) 和大豆( d a i d z a i n ，d a i ) 是最主要的两种，它主 要存在与豆科植物中。香豆雌酚( c o u m e s t r 0 1 ) 和4 一甲氧一香豆雌酚 ( 4 - m e t h o x y c o u m e s t r 0 1 ) 是植物中类化合物，它主要存在于三叶草和芷蓿芽中。木酚素 存在于植物性食物和哺乳动物体内，它主要以前体物的形式存在，如开环异落叶松树 脂酚( s e c o i s o l a r i e i r e s i n 0 1 ) 和鸟台树脂酚( m a t a i r e s i n 0 1 ) 在肠道内被菌群发酵脱去甲 基和葡萄糖基后分别形成肠二醇( e n t e r o d i 0 1 ) 和肠内酯( e n t e r o l a c t o n e ) 。亚麻籽中的 木酚素含量最丰富。另外，人参中的人参皂苷具有雌激素样作用。茶叶中有一种雌激 素样物质，即去甲二氧愈创木酸，约占茶叶干重的7 8 。葡萄中白藜芦醇也具有雌激素 活性。 真菌性雌激素：代表性的真菌雌激性为玉米赤霉烯酮，其合成的衍生物玉米赤霉醇被 用作家畜生长激素。 环境中的类雌激素物质：( 1 ) 农药：有机磷农药包括d d t 及其代谢产物d d e 、硫丹、毒 杀酚和敌氏剂：拟除虫菊酯类包括氰戊菊酯、氯氰菊酯和卞氯菊酯及氨基甲酸酯类； ( 2 ) 氯化芳烃和环烃：二恶英( t c d d ) ，多氯联苯：( 3 ) 去污剂洗涤剂中的表面活性 物质：烷基酚，壬基酚，辛基酚；( 4 ) 某些金属：铅，有机锡，镉；( 5 ) 邻苯二甲酸酯类 ( p a e s ) ：p a e s 被大量用作塑料，尤其是聚氯乙烯塑料( p v c ) 的增塑剂和软化剂。( 6 ) 二苯烷烃双酚类化合物( b p s ) ：x 2 酚a ，双酚f ，双酚a f 等，普遍用于塑料行业，其中 双酚a 是生产碳酸聚酯，环氧树酯，酚醛树酯和聚丙烯酸酯等的主要原料。( 7 ) 作为酸 碱指示剂酚红具有较强的雌激素活性”。 3 环境激素的作用机理 人体内分泌系统产生的生物活性物质称为激素。激素过少，会引起某些组织或器 官功能失调，严重时可危及生命。激素过多，会因过度作用而产生病态。这现象称为 内分泌功能亢进。 目前，有关环境激素对生物的作用机理，主要着重于个体水平上的研究。而对种 群水平的研究及生物化学和分子水平上解释环境激素对生物和人体的影响。还相当欠 缺。已有研究提出，环境激素可能通过一些途径干扰生物和人体内分泌系统，包括 与雌激素体直接结合；与其他核心受体结合，从而作用于雌激素响应元素；通过与其 他受体结合或影响信号传导途径而产生不良影响。 4 环境激素的危害及污染 人们在生活中大量使用人工合成的化学物质，焚烧垃圾和塑料制品，以及环境激素 类物质的的生产厂排放出的废物是环境激素的重要来源 环境激素最早的危害是在2 0 世纪6 0 7 0 年代发现的。当时开发的合成雌激素一已 烯雌酚( d e s ) 作为药物被用于防治流产风光一时，但是大量的使用使女性生殖器官发 生迟发性癌症，流下了永远的遗憾“”。大量的研究表明：环境激素对动物的生殖系统、 免疫系统和神经系统都有严重的影响，对人类的危害也很大，尤其是对男性性激素分 2 泌的影响尤为严重。现在已证实了自然界中鱼类、鸟类、爬行动物类以及哺乳动物类 出现的生殖器官变异、内分泌系统失常、种群退化、种属畸形变异、人类生殖功能下 降，免疫力降低都是由环境激素类物质造成的“”1 。 例如，近年来美国西部、欧洲，东南亚和日本水域中的腹足类雄性动物雌性化现 象，生活在草纸废水和污水处理厂出水中的鱼类出现性别比例畸形化现象，且甾酮水 平呈现降低的趋势“。另外，专家在日本北起北海道、南到鹿儿岛的2 2 个县的9 3 个沿 海点对荔枝螺进行了调查，发现8 7 个点的荔枝螺的生殖系统出现了异常，研究人员在 他们体内发现了有机锡“。m c c a r t y 等( 1 9 9 9 ) 对纽约哈德逊河流域的树燕进行了研究。 该地区是被p c b 严重污染的区域。他们发现p c b 使树燕在繁殖季节筑巢行为受损。树 燕筑巢质量是繁殖成功的重要因素“。由此可以肯定树燕的筑巢行为反常是因为p c b 干扰内分泌功能所致。佛罗里达州某湖泊中的鳄鱼数量自从d d e ( d d t 的诱导物) 泄漏 事故之后急剧减少，而且雌鳄的卵都不成熟，原因是d d t 的激素样作用使鳄鱼的内分泌 紊乱，从而影响了正常的性成熟“。西班牙地中海沿岸斑纹海豚在1 9 9 0 1 9 9 2 年问由 于高剂量的p c b 污染出现卵巢黄体化囊肿而使生殖能力降低，导致其数量急剧减少“”； 在瑞典发现，食用波罗的海鱼类的妇女，其出生小孩的体重存在降低的趋势“”。医 疗部门的一份统计数字表明：我国男性的平均精子数仅为2 0 0 0 多万个，比5 0 年前少了 4 0 0 0 多万个，每8 对夫妻就有l 对不育。目前，西方发达国家，约有2 0 的夫妇苦于没有孩 子“”，2 0 世纪6 0 年代越南抗美战争期问，美军在越南林区投下了7 5 0 0 万升被称为“橙 色剂”的枯叶剂一2 ，4 ，5 t ( 2 ，4 ，5 三氯苯氧乙酸) 。4 0 年过去了，这块土地上生活的人们为 此付出沉重的代价，出现了大批死胎、流产、无脑儿、无脚、无腿、大头、小头以及 腭裂等可怕的畸形儿，1 8 岁成人的智商仅相当于一名幼儿，这一严重环境污染问题甚 至能延续几代人“。 环境激素类物质主要通过土壤、水体、大气在整个生态系统中循环，所以在世界 各地都能觅到其踪迹，据现有的资料表明，环境激素在全球环境中普遍存在，例如，鲑 鱼可以通过洄游将海洋中的环境激素转移到阿拉斯加淡水湖，从而使环境激素浓度高 出其他湖泊2 倍。日本环境厅1 9 9 7 年对境内1 0 7 条河流进行了调查，其中7 4 条河流含环 境激素，占6 8 啪1 。我国学者在调查黄河兰州段环境激素水平表明，共定性检出有机 类环境激素1 0 种，且主要断面的环境激素水平均超标“”。 相比其他物质，环境激素脂溶性强，难降解，化学性质稳定，一旦进入生物体就 无法分解也不会排除，只能随食物链不断增强，即使环境中不易测出的微量或痕量雌 激素，经过3 4 个营养级的富集就能达到惊人的浓度，即使是低浓度接触水平，都能形 成危害。由此可见，环境激素对动物和人类的影响使巨大的，它直接影响了生物的生 存和繁衍能力因此环境内分泌干扰物已被喻为“第三代污染物质”和“持久性有机 污染物( p e r s i s t e n t o r g a n i c p o l l u t a n t s p o p s ) ”是目前环境工程领域中的两大热点0 3 ”。 3 在众多环境激素中，壬基酚是需求量最大的烷基酚类物质，由于其使用量大，范 围广，毒性强，为联合国环境保护署( u n e p ) 制订的2 7 种优先控制的持久性有毒污染 物( p o p s ) 之一。深受国内外学者广泛重视。 5 壬基酚结构及理化性质 壬基酚( n o n y l p h e n o l p ，n p ) 为深黄色粘稠状液体，1 9 8 4 年g i g e re t a l 首先对其结 构包括理化性质作了较详细的描述，提出了工业用壬基酚是1 1 种同分异构体的混合 物，分子式为c 9 h ，。c 。h 4 0 h ，相对分子量为2 2 0 ，其中主要是碳侧链在对位的壬基酚，随 后h e l l y e r ；e 1 9 9 1 年，e k e l u n de t a l 在1 9 9 3 年，s w c c t m a n 在1 9 9 4 年，b o k c me t a l 在1 9 9 8 年， 以及s e k e l ae t a l 在1 9 9 9 年也做了类似的报道”： 4 - - 壬基酚( 4 一n p ) 化学结构式： b o y 叩舯删# 懒， 为淡黄色粘稠状液体，相对密度为0 9 4 0 9 5 。熔点为一1 0 c ，沸点为：2 8 3 一3 0 2 。辛醇水分配系数( ) 为4 4 8 ，在水中的溶解度为5 m g l ，微溶于石油醚、溶于 丙酮、四氯化碳、乙醇和氯仿1 。 6 壬基酚的应用及存在问题 壬基酚是合成非离子表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚 ( n o n y l p h e n o l e t h o x y l a t e ，n p e o ) 的主要原料，也是壬基酚聚氧乙烯醚在环境中降解 的最终产物。目前，壬基酚聚氧乙烯醚每年全球需求量约为5 1 万吨，西欧壬基酚每年 的需求量为7 5 - 8 万吨。“。壬基酚聚氧乙烯醚作为重要的非离子表面活性剂，在我国 已广泛应用于洗涤剂、纺织、农药、涂料、皮革、建材和造纸等行业。在纺织方面， 壬基酚聚氧乙烯醚主要用于精纺和粗纺呢绒的洗涤，2 0 0 0 年折合消费壬基酚约1 0 0 0 t ； 在纸浆和造纸方面，壬基酚聚氧乙烯醚可用作纸用碱抽提脱树脂剂、低泡洗涤剂和分 散剂、废纸脱墨剂等；在建材行业，壬基酚聚氧乙烯醚可用于水性漆和混凝土。 目前，我国生产壬基酚的厂共有五家，国内生产规模约2 2 7 i 吨，实际产量1 6 万吨。目前壬基酚消费领域供求基本平衡，有少量进口。世界上7 0 以上的壬基酚用 来生产表面活性剂，用于纺织、清洗和农药乳化方面，其余用于生产树脂、橡胶稳定 剂和树脂改性剂m ，。 在美国，壬基酚主要用于生产表面活性剂、抗氧剂和润滑油添加剂，其中大约有 1 0 的壬基酚用来生产磷酸抗氧剂；在日本，壬基酚主要用于生产表面活性剂、树 脂和橡胶稳定剂、树脂改性剂等。 早期，因为壬基酚聚氧乙烯醚对人类健康的疑虑，在2 0 世纪8 0 年代中期一些国家 开始倡议限制或禁止使用壬基酚聚氧乙烯醚，特别是在欧洲，1 9 8 6 1 9 9 2 年德国的洗 4 涤行业自愿达成协议，商业洗涤品配方不再使用壬基酚聚氧乙烯醚，许多国家开始大 量使用洗涤剂代替品。 1 9 8 7 年美国的n p 和n p e o n ( 壬基酚聚氧乙烯醚) 制造商组织了一个调查委员会，在 e p a 协同下对壬基酚聚氧乙烯醚环境行为和环境安全进行综合调查。研究结果是，现 实环境中壬基酚聚氧乙烯醚具有高的生物降解性，并不对生态造成危害，因此不应该 再冠以“非生物降解性的”“耐生物的”或“恒久的”等形容词。 从壬基酚溶解度和l 。可知n p 是憎水性物质，而且极易吸附于水体环境的沉积物 中。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；2 0 世纪9 0 年代初的研究 又有了新发现，在有氧条件下，壬基酚聚氧乙烯醚的初级降解进行的很快，但是最终 产物壬基酚比母体的雌激素效应更大，对生物的毒性更强，但由于壬基酚和壬基酚聚 氧乙烯醚具有低成本、高表面活性等特性，它们还将继续应用在传统领域，并每年以 2 一3 的速度增长。 7 壬基酚的雌激素效应和生态毒理学 7 1 壬基酚的雌激素效应 目前，壬基酚国内外的研究重点就是它对生物体的雌激素效应以及生态毒理学。早 在上个世纪4 0 年代就怀疑其具有雌激素活性，自1 9 9 1 年s o t oe ta 1 首次证实了壬基酚具 有雌激素活性，其对人体和动植物的雌激素效应研究数不胜数嘲。研究表明，低剂量 的服用、或通过皮肤吸收就可使人体产生兴奋，而高剂量的接触会导致呼吸道的损坏 和眼睛失明1 ；1 0 l i m o l l 的4 一n p 导致人体m c f - 7 乳腺癌细胞增生的能力与3 0 p m o l 的1 7 一雌二醇相当。“，达到1 0 l lg l 时就会诱导红鳟产生雌性特异性蛋白一卵黄蛋白原， 同时会导致雄性精巢组织的病变。最近，日本的学者将成年雄性青鲻的精子分别于 2 0 1 “g l 和1 0 0 1 “g l 的壬基酚中，精子的移动速度没有改变，但是成活精子数的百分比比 正常的青鳝要低1 ；也有学者报道壬基酚对青蛙的肝有低雌激素效应，甚至还可以改 变细胞周期的动力学。”。对斑马鱼的试验也显示4 一壬基酚对其胚胎发育有明显的抑制 作用，还可以造成胚胎发育畸形甚至死亡口4 1 ，吴鹰等在研究壬基酚对河川沙塘鳢 ( o d o n t o b u t i s p o t a m o p h i o 的雌激素效应的影响时发现，2 0 0 m g k g ( n p 鱼质量) 4 一n p 可引 起雄性河川沙塘鳢血清卵黄蛋白原显著倍增。在太湖东山水域进行为期1 年的生态调 查时，发现3 、4 月份，曾有5 0 和3 5 样品呈阳性m 1 。我国学者也做了有关m c f - 7 细 胞增殖试验，结果同样显示4 - n p 有明显刺激i c f - 7 细胞增殖的类雌激素活性啪1 。关于 壬基酚雌激素机理的研究目前尚不清楚，但是壬基酚多种同分异构体和1 7b 一雌二醇 具有相似的结构是其原因之一。 5 7 2 壬基酚的生态毒理学 由于壬基酚具有较高的雌激素活性，所以其对生物的毒性是比较大的，特别是水 生生物，相对低浓度就可以导致死亡。我国学者在研究壬基酚和壬基酚聚氧乙烯醚对 水生生物的毒理效应时得出：这两种化合物对水生生态系统中的各级生物都有一定的 急性毒性，水生生物对它们的敏感性顺序为：枝角类 鱼类 藻类 微生物，而且壬基酚 的毒性比壬基酚聚氧乙烯醚更强。早在上个世纪8 0 年代，使用含有壬基酚作为助剂的 灭害灵来杀死加拿大某森林中云杉蚜虫时，一些学者就发现作为助剂的壬基酚比灭害 灵对水生生物的毒性要大的多。“。壬基酚对有益节肢动物也是有害的。例如，蜘蛛、 蜜蜂因为能够捕杀有害昆虫和对作物进行受粉而具有重要的经济价值。还有学者研究 表明：使用过含有壬基酚林用杀虫剂的森林，蜘蛛的死亡率高出正常森林的五倍，而 且蜜蜂的死亡率也明显增加汹1 b r o w n 等研究指出，长期暴露于1 0 pg l 壬基酚环境中的 片甲类动物，其种群密度和生长速度明显降低啪1 。如果按1 1 0 的安全系数计算则建议 l p g l 作为环境标准“。 7 3 壬基酚在世界及我国的污染状况 7 3 1 壬基酚在世界的污染状况 壬基酚及其前提物壬基酚聚氧乙烯醚的应用，最终都会进入城市和工业废水经污 水处理后而直接进入水体，在加拿大全国范围内有3 0 的河流检测出壬基酚。1 9 9 9 年 日本对自来水中内分泌干扰物进行监测，发现在1 3 0 个监测点中有9 9 个点检测出n p ， 检出频率为历年最高，且最高质量浓度达7 1 肛g l “。英国某河流中壬基酚浓度最高 可达5 3 g l “”。2 0 0 3 年我国学者对韩国西瓦湖内外各介质，包括表层水体、悬浮物、 间隙水和沉积物中的壬基酚做了检测，结果表明：壬基酚浓度虽未达到急性半致死浓 度水平，但已经远远超出各种慢性效应浓度“”。 沉积物中壬基酚含量要比水体中要高，通常要高卜3 个数量级。e p 对美国3 0 条河 流所做的检测表明6 5 一7 5 的河流中壬基酚的含量约为1 2 p g l ，但相同河流淤泥中的 壬基酚含量却达到了3 0 0 0 l m 。a h e l 等对瑞典污水处理厂二级出水及污泥中的n p 含量进行测定，同样表明具有较强脂溶性的壬基酚，相对于母体更倾向于吸附在污泥 中“5 “。世界上污泥的处置方式主要是农用和土地利用，这样，污泥中的壬基酚又最 终进入土壤环境，但目前其对土壤环境污染相关研究还很少，关于n p 对土壤生态系统 生态效应的研究中，n p 对蚯蚓和跳虫的e c 。分别为1 4 和6 6 m g k g “。 壬基酚对大气的污染也已有报道：1 9 9 9 年，d s c h sc t a l 第一次检测出在美国h u d s o n 河附近上方的大气中壬基酚的含量为2 2 - 2 0 n g m 3 。隔年，出自同一实验室的研究人 员对相同地理区域的大气进行检测，也测出了相似浓度的壬基酚含量1 。最近又在雨 雪中发现壬基酚的存在，一些国家也有壬基酚在罐装食品、婴儿食品、蜂蜜等食品中 6 检出的报道m ，。 可以看出绝大部分环境中的壬基酚浓度已经超出了安全推荐值，而且壬基酚生物 富集系数大，再通过食物链富集，如果同其他环境激素结合产生协同作用，对人体造 成的浅在危害是巨大的”1 。 7 3 2 壬基酚在我国的污染状况 壬基酚的研究较晚，真正意义上的研究始于上个世纪8 0 年代末。我国研究才刚刚起 步。从我国部分地区的监测结果可见，我国壬基酚的污染也同样不可忽视。 邵兵等对我国市售饮料的部分产品进行了测定，所抽查的十三个样品中有七个样 品检测出了4 一壬基酚，检出率为5 3 5 8 ，2 0 0 0 年，他对我国长江( 重庆段) 水及以 该段水为水源的水厂出厂水进行调查时，发现长江( 重庆段) 水中n p 的检出浓度为 0 0 1 6 9 t t g l ，水厂出厂水中n p 为0 0 1 2 7 3 p g l “1 。而太湖水中的壬基酚含量高 达1 6p g l 哪! 。2 0 0 4 年，我国学者对澳门南湾湖钻孔沉积物中4 一壬基酚的检测时发现， 河口沉积环境中4 - - 壬基酚的污染程度明显大于湖泊沉积环境，河口环境中的壬基酚 来源包括珠江三角洲上游水系来源和澳门本地来源，而湖泊环境中则只有澳门本地来 源；同时，沉积过程中上覆泥层中壬基酚具有向填海砂层迁移的特征o ”，类似的研究 都表明，我国汛期珠江三角洲体系，黄河上游重点河段，夏季海河和渤海湾中4 一壬 基酚的检测绝大部分都过1 t l g l ”“。 7 4 壬基酚的环境行为及微生物治理 环境中的壬基酚污染主要来自于生产和使用的非离子型表面活性剂壬基酚聚氧乙 烯醚，壬基酚聚氧乙烯醚大多数为液体产品，使用后会成为废水进入城镇水系统，在 经污水处理后进入江河湖海的水域，然后在通过物理、化学、生物作用在环境各圈层 循环。 壬基酚聚氧乙烯醚( n p n e o ，n 表示乙氧基的数目，一般为1 2 0 ，但n 亦可高达1 0 0 ) 含有n p n e 0 的废水经活性污泥法处理后，由于微生物的降解作用会使n p n e o 部分降解 代谢转化为中间体而进入自然水体。在活性污泥法处理废水的过程中，微生物在生化 反应中常常是先攻击n p n e 0 的烷氧基链，引起疏水链、醚键或者端羟基氧化成羧基而 断裂，而不是苯环断裂。随着聚氧乙烯链的变短，形成的产物脂溶性增加而更具有耐 生物降解性啪1 。壬基酚聚乙烯醚通过生化降解转化成为难降解的具有雌激素活性的短 链代谢物n p ，再进入水生环境。 7 烷基酚聚氧乙烯醚的微生物降解过程： a p a e o ( r - - c b l c h i 鹄。抟 l 茹h 2 0 h m - o , l + 朋警承o o 晖螂归删：0 0 0 娃吨1 a p 辩。删) 溅褥降勰 毒 。 c o l + h 2 0 壬基酚具有较强的亲脂性，趋向于富集进入沉积物，沉积物中壬基酚浓度比水体 中要高出1 - - 3 个数量级。每年有大约5 0 0 k t 的壬基酚进入水体和土壤。a h e l 等对瑞典 污水处理厂的研究表明二级出水中n p 和n p ，e o + n p 。e 0 分别占8 和2 6 ，n p n e 0 ( n 2 ) 占2 0 ，剩下4 8 是n p n e 0 ；而污泥中9 5 是n p ，剩下5 是n p 。e o + n p ：e o 。也有少数研 究认为，羧酸化产物n p n e c 也可能大量存在于污泥中。j e n n i f e r 等用超临界流萃取s p e 净化c c m s 方法对美国某污水处理厂厌氧消化后污泥中的n p n e c 进行了分析，发现总 n p n e c ( n 为l 3 ) 为1 1 2 7m g k g ，比其他研究者报道的数据高很多“7 。以上数据说 明，n p n e o 降解产物中，具有内分泌干扰性的降解产物更倾向于吸附在污泥中。表1 是部分国家和地区城市污泥( 干重) 中n p 的含量。”。 表1 部分国家或地区城市污泥中n p 的含量 t a b l e ln po f s o m ee o u n t r y so ra n 淞i ns l u d g e 国家或地区( 北京) n p ( m g k g ) 撤道年份文献 美国( 全闺) 5 48 8 7 ( 4 9 1 ) ”2 0 0 1 1 1 加拿大( 多伦多) 1 3 74 7 01 9 9 51 8 两班牙( 巴皋罗那)2 03 5 0 1 9 9 41 9 西班牙( 巴塞罗那) 1 7 22 0 0 12 0 德国( 全崮)1 0 01 0 0 0 0 1 9 9 52 1 德国(业琛)50 2 0 0 2 2 2 英国” 3 2 66 3 71 9 9 42 3 中国( 北京)