化学品生物降解性的评价与预测pdf科研本科硕士博士研究生大小毕业论文模板范文

化学品生物降解性的评价与预测化学品生物降解性的评价与预测pdfpdf科研本科硕士博士研究科研本科硕士博士研究 生大小毕业论文模板范文生大小毕业论文模板范文 化 工 环 保 xx年8月ENVIRONMEN TALPROTECTION OFCHEMICAL INDUSTRY第22卷第4期化学品生物降解性的评价与预测王奕 杨凤林 张兴文 杨卫身 周延军 大连理工大学环境科学与工程学院 辽宁大 连116012 摘要 介绍了有机化学物质生物降解性的测定方法及其预 测方法研究概况 并讨论了生物降解性评价的发展前景 关键词 评价 预测 生物降解性 化学品 X327 A 100621878 xx 0420209204 随着化学工业的发展 大量的人工合成物质进入环境 其中有些物质 是有毒的 甚至有致癌 致畸 致突变作用 这类物质中有些能够在外界各种因素的作用下较快降解 但有相当一 部分 由于其化学结构与天然有机物相差较大 在自然条件下较难降 解 由此造成这类物质在环境中长期滞留及积累 对人类和生态环境构成 巨大威胁 这类物质的生物降解性评价已引起人们的高度重视 在倡导绿色化学的今天 一个科学有效的化学品生物降解性测评体系 对评价其环境友好性 开发生物降解技术 合理利用资源和能源具 有重要意义 20世纪60年代 美国 日本等国家就对多种化合物的生物降解性进行 了测定 以控制污染物的排放 近年来 已建立了多种测定有机物生物降解性的方法 有些学者利用定量结构 活性关系 QSAR 或定量结构 生物降解性 QSBR 预测化合物的生物降解性 取得了一定的进展 1 生物降解性测定方法 生物降解是有机物通过生物代谢作用而被分解的现象 物质的生物降解受多种因素影响 除了其自身结构的影响外 温度 p H 受试物浓度 其他物质的作用以及生物源 生物量等生物条件都 有影响 按降解程度的不同 生物降解分为使物质丧失其特性的初级生物降解 使物质对环境的不良影响性质消失的环境可接受的生物降解 物质 被降解成二氧化碳 水及无机盐 或分解成为参与微生物代谢过程的 物质的极限生物降解 1 2 判断物质生物降解性的试验方法取决于生物降解所需达到的程度 目前 对于有机化合物生物降解性的试验已建立了较多方法 主要有 基质去除率法 微生物指标法 综合评估法 1 1 基质去除率法用特性指标 受试物的浓度 和综合指标 COD TOC DO C BOD COD BOD TOC等 来确定物质的生物降解性 测定受试物的浓度虽然比较直观 但只能了解其表观降解程度 即初 级生物降解性 BOD COD COD是常规测定法 受浓度 pH 重金属盐类等的影响 有 时误差较大 1 2 微生物指标法利用能对有机污染物进行生物降解的微生物群体存活 的细胞量 生物群体的构成以及生物细胞的构成物质 化学组成 等 来评价有机污染物的生物降解性 1 2 1 细菌计数法通过考察有机物对细菌群体生长繁殖的影响 评价有机物 的生物降解性 20世纪60年代 科研人员采用细菌的标准平板计数法研究了20种人工 合成有机物的生物毒性和生物降解性 得出在不同化学物质中细菌数 随培养时间的增殖变化曲线 以此评价有机物对微生物的毒性及抑制 作用 细菌计数法分为直接测定法和间接测定法 直接测定法虽然测定快速 但不能区分细菌的死活 间接测定法虽然 测定所需时间较长 但可以测出活细胞的数量 xx205212 修订日期 xx206226 作者简介 王奕 1971 女 辽宁省大连市人 大连理工大学环境科学与工程学院硕士 从事 环境污染与控制的研究 1 2 2 CO2生成量法用CO2生成量作为生物降解性的测试指标 可以测定有机 物的极限生物降解 且测定不受硝化作用和细胞吸附作用的影响 Sturm 3 采用测BOD用的稀释水作为生物介质 驯化的生活污水作接 种物 用CO2最终生成百分率来评价有机污染物的生物降解性 蒋展鹏等 4 用CO2生成量法测试有机污染物好氧生物降解性 并通过 对其测试结果的分析 提出评价生物降解性的标准 生物降解性指数IB IB 受试物生化曲线与反应时间组成的面积 100 接种物内源曲线与反应时间组成的面积 用CO2生成量法测定有机物的生物降解性时 被菌体吸收的部分不能 变成CO2 所以不能测出 1 2 3 耗氧量法利用好氧菌在有氧条件下将有机物分解成CO2与H2O 绘制微 生物的耗氧特性曲线 以此评价有机物的生物毒性和生物降解性 这种方法操作简单 可测知有机物氧化降解的速度和程度 但测定的 耗氧量有可能包括无机物被氧化所需的氧量 影响测定结果 1 2 4 特定微生物降解法微生物体内特定物质的量能够反映微生物的活性 特定物质如脱氢酶 DHA 三磷酸腺苷 ATP 蛋白质等 可以把生物细胞的DHA和ATP值作为评价有机物生物毒性和生物降解 性的指标 研究有机物降解特性 但DHA与ATP不同 它表示特殊微生物种群的活性 而不是所有微生物 的活性 只用于特殊菌种降解有机物的试验 ATP反映的是所有活细胞的活性 孙立新等 5 用ATP法绘制生物降解2反应时间曲线 把峰值时间 峰 高指数 IA IA 峰高指数 峰值时间 100 指数作为定量评价指标 评价了46种有机物和7种废水的好氧生物降解性 近年来 有些学者 6 7 利用脱氧核糖核酸 DNA 核糖核酸 RNA 测 定活性污泥中菌体的生物量 由于某一定生物群体内的DNA或RNA的总量是一定的 当有机物降解时 生物群体的DNA或RNA的总量将发生变化 据此可以通过考察生物量 的变化来评价受试物的生物降解性 根据受试物和测试条件的不同 选择微生物体内特定物质作为测试指 标测定有机物的生物降解性是一种直接有效的方法 此外 还有测定有机物厌氧生物降解性的产气量和挥发酸测定法 挥 发性悬浮固体测定法 放射性标记化合物测定法等 1 3 综合评估法由于各种单一方法不能全面 准确地确定受试物的降解 性 目前常使用2种以上的方法评价有机物的生物降解性 Schober和Trosch 8 用白腐菌等菌种对好氧 厌氧 好氧降解有机污染物的残渣进行生物处理 通过测定生物量的变化 DOC CO2产量来考察污染物的降解情况 U Kaluza等 9 使用CO2 DOC 方法研究了工业废水中的微生物降解EDTA的情况 蒋展鹏等 10 提出把降解产物CO 2 BOD COD及微生物生理指标ATP作为评估因子 用模糊聚类法和加 权评估法综合评价有机物的生物降解性 上述方法具有普遍适用性 但一般来说 对于不同的物质 根据其特性的不同 可以采用不同的方 法评价其生物降解性 如对于聚酯类物质的降解性研究多采用称重法及耗氧量法 塑料的降 解性研究多采用土埋法 堆肥法 CO2生成量法及特定微生物降解法 等 高分子材料的降解性研究可采用综合评价法 如测定CO2或耗氧量 蛋白质及底物的浓度 Chi Wu等 11 采用激光和纳米技术研究聚乳酸 聚乙醇酸等化合物的生 物降解性 为聚合物的生物降解性研究提供了新的方法 2 生物降解性预测 有些化合物的生物降解性不易由试验得出 对于较难测定的化合物可以预测其生物降解性 1982年 Scow 12 总结了定性预测有机化合物生物降解性的经验 并 指出取代基的增加会阻止氧化作用 妨碍烷基链的断裂 据报道 有些功能团可以提高或降低化合物的生物降解性 见表1 无环化合物的生物降解性由其链长 支链数 碳链的饱和度及末端 基团的氧化态决定 芳香族化合物的生物降解性由其取代基的种类 数量和位置决定 12 13 近年来 对有机物生物降解性的研究日益深入 有些学者采用定量结 构模型来预测有机污染物的生物降解性 其中 大部分模型是建立在参数上或仅限于某类化合物而不具有普遍 适用性 目前比较认可的是用基团 012 化 工 环 保 xx年 第22卷 贡献法预测有机物的生物降解性 即化合物的生物降解性与其基本结 构和功能团有关 并由此证明可以由骨架结构和功能团以及受制于一 定骨架结构的子结构来预测有机物生物降解性 其方法有非线性神经网络法 NN 14 人工智能法 AI 15 计算 机自动结构评估法 CASE 16 17 偏最小二乘法 PLS 18 多元 线性回归法 MLR 19 B Kompare 15 在人工智能法的基础上用机器学习法建立了QSAR或QS BR模型 并提出用回归树表示的模型 氢原子位于该回归树的最高位 置 Loonen等 18 用PLS法分析结构片段在生物降解中的作用 结构片段 CH2 n或CH3 CH2 n 1中的n大于或等于10或n为3 9有利于生物降解 结构片段苯环不利 于有机物的生物降解 非环形化合物比单环的苯易降解 Hiromatsu等 20 用经验流程图法预测有机化合物的生物降解性 该流程图由化合物某一特定骨架结构中功能团数和基本结构与其生 物降解性的关系的经验得出 与日本通产省 MITI 测试中177种单一苯系物和168种无环化合物数 据对比 其准确率分别达到94 和88 B Basu等 21 采用人工神经网络法 ANN 根据原油的化学组成 粘 度和粘度系数建立预测原油生物降解性的数学模型 其中一些数据还采用反向传播ANN法预测 以减少预测值与期望值之 间的总均方误差 表1 不同基团对化合物降解性的影响化合物阻碍降解的基团中性基团加 速降解的基团单一苯系物卤素 NO2 SO3H CF3 4个碳原子 3 6个取 代基 叔胺基 2个取代基 间位 CH3 NH2 OCH3 醚 醛 2个取代基 邻 位 2个取代基 对位 COOH OH 酯 酰胺环状化合物NO2 SO3H 卤素 C F3 4个碳原子 多取代基CH3 OCH3 2 醚 叔胺基COOH OH 酯 酰胺 醛 其他脂肪醚酯 醛 CH2 CH2 CH2 CH2 3 生物降解性评价的发展前景 作为21世纪化学 化工的前沿学科和重要研究方向的绿色化学 其目 标是开发对人类健康与环境无害的可持续产品 生产技术和过程 显然 如何评价一个产品 生产技术或过程的可持续性 即可持续性 分析 这是绿色化学的重要研究课题 可生物降解性评价将成为可持续性分析的重要组成部分 通过对化学品生物降解性的测试和对化学品化学结构与其生物降解 性及毒性关系的研究 可以设计化学物质的分子结构 为进一步改进 和优化设计环境友好产品及全面评定一个产品 生产技术在资源利 用 环境污染等方面的影响提供理论依据 此外 随着对有机物生物降解性研究的进一步深入 必将涉及多种学 科 如生物 医药 计算机等 这些学科知识的综合应用 可为化学品的生物降解性研究提供新的思 路 目前一些专用化学品 如医药 农药 包装材料的生物降解性也引起 了人们的关注 22 23 同时 计算机 分子生物技术的发展与应用将为化学品生物降解性的 研究提供更便捷有效的测试与研究手段 参考文献1 M Mausner J H Benedict J J Am Oil Chem Soc 1969 46 4322 Standard MethodsCommittee onBiodegradability J J Water PollutionControl Federation 1967 39 12323 Sturm R N Biodegradability ofNonionic Surfactants J J Am Oil Chem Soc 1973 50 5 1594 蒋展鹏1有机物好氧生物降解性二氧化碳生成量测法的研究 J 环境 科学 1996 17 3 11 145 孙立新1ATP法测定有机物好氧生物降解性的研究 J 环境科学 1996 17 1 1 46 Jean2Jacques Perdelle Effectiveness ofOligonucleotideProbes TargetedAgainst ThiothrixNivea andType021n16s Rrnafor insitu Identificationand PopulationMonitoringin ActivatedSludges J Wat Sci Tech 1998 112 第4期 王奕等 化学品生物降解性的评价与预测37 4 5 431 4407 Debbie Bradford Molecular BiologicalMethods toDetect Microthrix Parvicella and toDetermine itsAbundance inActivatedSludge J Wat Sci Tech 1998 37 4 5 37 458 Schober Degradation ofDigestion Residuesby DignolyticFungi J Wat Res 1997 4 13 3424 34309 U Kaluza Microbial Degradation of EDTAin anIndustrialWastewater TreatmentPlant J Wat Res 1998 32 9 2843 284510 蒋展鹏1有机物好氧生物降解性的综合测试评价方法 J 环境科学 1 999 20 6 10 1311 Chi Wu Polymer CommunicationsA NovelMethod ofStudyingPolymer Biodegradation J Polymer 1998 39 18 4429 443112 Scow K M Rate ofBiodegration In Lyman W J Ree hl W F Rosenblatt D H Eds Handbook ofChemicalProperty EstimationMethods EnvironmentalBehavior ofOrganic Compounds McGraw2Hill NewYork 198213 Alexander M Biodegradation andBioremediation Academic Press San Diego 1994 159 17614 Tabak H H Govind R Prediction ofBiodegradationKiics Usinga NonlinearGroup ContributionMethod J Environ Toxicol 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