發(fā)布時(shí)間：2020-08-09 00:07

【摘要】：多環(huán)芳烴(PAHs)是一類重要的全球性污染物,是美國(guó)環(huán)保局制定的129種優(yōu)先污染物中的一類。它廣泛存在于人類的生活環(huán)境如大氣、水體、土壤、作物和食品中。由于其物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、難降解及強(qiáng)的致癌性,PAHs的研究已經(jīng)成為環(huán)境類問題研究的熱點(diǎn)。強(qiáng)的疏水性使得其與受污染的土壤或底泥結(jié)合緊密,因此PAHs污染土壤的處理十分困難。生物修復(fù)因其經(jīng)濟(jì)有效而成為一種最有發(fā)展?jié)摿Φ闹卫砑夹g(shù)。PAHs的生物可利用性是限制其生物修復(fù)的主要因素。表面活性劑能夠增大疏水性有機(jī)物在水相中的溶解度從而增加傳質(zhì)速率和生物可利用性,因此添加表面活性劑是提高其生物可利用性的一種有效方法。但化學(xué)合成的表面活性劑本身有毒且難于降解,易引發(fā)二次污染。生物表面活性劑具有無毒且易于降解等特性,其在PAHs(?)虧染土壤的生物治理中具有廣泛的應(yīng)用前景。本論文采用南京農(nóng)業(yè)大學(xué)固廢課題組分離、保存的菌種D3,對(duì)其在以菜油為唯一碳源培養(yǎng)時(shí)產(chǎn)生的表面活性劑為生物表面活性劑代表,以菲為PAHs的代表,通過一系列的物理化學(xué)、光譜學(xué)、生物學(xué)和毒理學(xué)等試驗(yàn)研究了生物表面活性劑對(duì)PAHs環(huán)境行為的影響并對(duì)有關(guān)的機(jī)理進(jìn)行了探討。主要研究結(jié)果可歸納如下： 對(duì)D3菌種在以菜油為唯一碳源培養(yǎng)時(shí)產(chǎn)生的胞外細(xì)胞分泌物,采用有機(jī)溶劑沉淀法,制備其粗產(chǎn)物。經(jīng)薄層層析純化,紅外光譜進(jìn)一步分析,初步判斷其是一種糖脂類生物表面活性劑(TZ1)。其臨界膠束濃度(cMC)為：10.0 mg·L-1. CMC時(shí)水溶液的表面張力為49.2mN·m-1。質(zhì)譜測(cè)試出其平均分子量為353。采用序批試驗(yàn),研究TZ1在黑土或紅壤上的吸附及生物降解。結(jié)果表明,TZ1能夠吸附在紅壤或黑土上,根據(jù)Langmiur方程擬合結(jié)果,黑土對(duì)TZ1的最大吸附量達(dá)58.8±0.008μg·g-1,紅壤的最大吸附量達(dá)76.9±0.007μg·g-1。同時(shí)TZ1能夠被黑土及紅壤中的土著微生物降解。降解試驗(yàn)的1,3和7d,黑土中分別有10,20和92%的TZ1被礦化,紅壤中有5,16和92%的TZ1被礦化。 采用序批試驗(yàn)研究了TZ1對(duì)黑土或紅壤吸持與解吸菲的影響。同時(shí)對(duì)土壤采用連續(xù)的處理方法,除去土壤中的“軟碳”,探究TZ1在土壤吸持菲的過程中的影響機(jī)制。試驗(yàn)結(jié)果表明,菲在土壤中的吸持解吸與土壤中有機(jī)質(zhì)及礦物質(zhì)含量有關(guān),其中有機(jī)質(zhì)起著決定性作用�！坝蔡肌睕Q定非線性吸附。生物表面活性劑對(duì)土壤吸持菲的影響與土壤有機(jī)質(zhì)(量及種類)及生物表面活性劑有關(guān)。同一來源的生物表面活性劑對(duì)不同種土壤吸持菲的影響效果不同。無論是在黑土、紅壤還是除去“軟碳”的土壤中,TZ1的加入均造成菲的吸持量的下降及其吸附等溫線線性化程度增強(qiáng)。對(duì)于所采用的黑土,TZ1能夠顯著增強(qiáng)菲從土壤中的解吸。 采用生物培養(yǎng)和物理化學(xué)試驗(yàn),研究了TZ1對(duì)黑土中菲生物毒性的影響。黑麥草根菲毒害的敏感區(qū)間為0～100 mg·kg-1,200 mg·kg-1是土壤中菲的50%黑麥草根伸長(zhǎng)抑制率濃度。0-26.9 mg·kg-1的TZ1顯著降低了黑土中菲對(duì)黑麥草的生物毒性。26.9-132mg·kg-1的TZ1對(duì)黑土中菲對(duì)黑麥草的生物毒性無顯著影響(P0.05)。進(jìn)一步增加土壤中TZ1濃度,顯著增強(qiáng)了黑土中菲對(duì)黑麥草的生物毒性。 從南京農(nóng)業(yè)大學(xué)附近的菜園土中分離出一株能夠以菲為唯一碳源的細(xì)菌GF2B,進(jìn)一步生理生化指標(biāo)測(cè)定及16S rRNA測(cè)序確定為鞘氨醇單胞菌屬(Sphingomonassp.)。采用室內(nèi)序批試驗(yàn),對(duì)其在無機(jī)鹽培養(yǎng)基及黑土中菲的降解特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,接種10d后培養(yǎng)基中Sphingomonas sp. GF2B降解菲的效率為83.6%。另外,Sphingomonas sp. GF2B能夠降解黑土中的菲,在試驗(yàn)的7、14、21和28d中,降解效率分別為：27.5%、41.7%、66.6%和72.2%。根據(jù)液相色譜測(cè)試結(jié)果初步判斷Sphingomonas sp. GF2B降解菲是通過水楊酸途徑。 研究了TZ1對(duì)無機(jī)鹽培養(yǎng)基及人工污染黑土中Sphingomonas sp. GF2B降解菲的影響。結(jié)果表明,TZ1提高了培養(yǎng)基中Sphingomonas sp. GF2B降解菲的速度及降解效率。由于TZ1的加入,接種10d后培養(yǎng)基中Sphingomonas sp. GF2B降解菲的效率由83.6%提高至99.5%,在降解過程中,溶液pH出現(xiàn)輕微下降。此外,TZ1的加入促進(jìn)了黑土中菲降解效率的提高,在試驗(yàn)的7、14和21d中,降解效率分別為：47.9%、59.9%和73.3%。28d時(shí)TZ1對(duì)人工污染的黑土中GF2B對(duì)菲的降解無顯著影響(P0.05)。 研究了土培條件下不同處理方法對(duì)黑麥草吸收菲的影響,并對(duì)所采用的不同處理方法效果進(jìn)行了比較。結(jié)果表明,無論是否加入表面活性劑,早期黑麥草對(duì)菲的傳運(yùn)能力較高。黑麥草可顯著促進(jìn)土壤中菲的降解。50d時(shí)不同處理對(duì)土壤中菲的去除率大小順序?yàn)椋褐参?TZ1+菌植物+Tween+菌植物+茵植物+Tween植物+TZ1植物+H2OCK。其中TZ1可促進(jìn)種植黑麥草土壤中菲的降解。降解效率的提高可能是由于TZ1促進(jìn)了黑麥草種植土壤中土著微生物及外源微生物對(duì)土壤中菲的降解作用。
【學(xué)位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：X53
【圖文】：

力降低所能達(dá)到的最大程度，即溶液表面張力達(dá)到的最低值(趙國(guó)璽，1991)。第一種量度稱為表面活性劑表面張力降低的效率;第二種則稱為表面活性劑表面張力降低的能力。圖2.1為TZI與Tween一80水溶液的表面張力曲線。由圖2.1可以看出，隨著溶液中表面活性劑濃度的增加，溶液的表面張力隨至降低，對(duì)rp漢een一80來說，當(dāng)水溶液中Tween一80含量從。增加到 12.8mg·L一‘時(shí)，水的表面張力可從 74.2rnN·m-，陡然直線下降到48.olnN.m一‘，之后進(jìn)一步增加溶液中Tween一80的量，水的表面張力維持在48.0mN

2.2TZI種類的初步判定從色譜缸內(nèi)取出層析板，待干燥后在紫外燈下觀測(cè)到一紫色斑點(diǎn)，應(yīng)為純化后的TZI，按照1.2.1方法制備純品。純化后樣品的紅外光譜圖如圖2.2所示，圖中主要吸收峰的位置列于表2一3。表2一3生物表面活性劑TableZ一 3MainInfraredsorptionTzl的紅外光譜圖主要吸收峰位置 frequenciesoftheselectedbiosu川兔etant(TZI)樣品吸收峰位置(cm一，) TZI33812947283523611652145111481027529446431409由表2一3及圖22可知，Tzl在3381。m“處有強(qiáng)的吸收帶，表明分子中有大量輕基存在。2947、2835。m一‘為脂肪族碳鏈子中上的c一H鍵伸縮振動(dòng)的吸收帶。 1652cm一‘為C一O鍵的伸縮振動(dòng)吸收帶，也是生物表面活性劑的特征峰 (HoandMckay， 1999)。1148、lo27cm一’兩個(gè)吸收帶和1652。m一‘吸收帶是酷基的e一。一e和e一。鍵的伸縮振動(dòng)吸收結(jié)果， 1148cm一‘處的強(qiáng)吸收峰是鼠李糖環(huán)上的碳原子與經(jīng)基之間的鍵伸縮振動(dòng)產(chǎn)生的(Langmuir

7L...1爭(zhēng)2203.2362爭(zhēng)62792甲7煮m/z圖2.3本試驗(yàn)所采用的生物表面活性劑TZI的質(zhì)譜圖Figure2.3MSsPeetrogramoftheselectedbiosurfactant(TZI)2.3TZI在土壤上的吸附等溫線生物表面活性劑自身在土壤中吸附也是其重要的特征，生物表面活性劑被土壤吸附，造成生物表面活性劑的損失。被土壤吸附的生物表面活性劑形成吸附膠束，這種吸附膠束反而促進(jìn)了土壤對(duì)PA壬15的吸附，降低了生物表面活性劑對(duì)土壤污染物的解吸作用。因此，土壤對(duì)生物表面活性劑的吸附作用會(huì)對(duì)土壤的修復(fù)產(chǎn)生負(fù)面的影響。生物表面活性劑TZI在兩種土壤上的吸附等溫線見圖2.4。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2786291