【摘要】：鄰苯二甲酸酯（Phthalate esters，PEs），又名酞酸酯，是一類具有雌激素效應的內(nèi)分泌干擾物，被廣泛應用于許多與人們生活息息相關的生活和工業(yè)制品中，目前已成為全球最普遍的環(huán)境有機污染物之一，對生態(tài)環(huán)境及生物體的潛在危害不容忽視。環(huán)境中PEs的去除和轉(zhuǎn)化已經(jīng)成為國內(nèi)外學者研究的熱點。人工濕地是一種水陸交錯的特殊生態(tài)系統(tǒng)，被廣泛地應用于城市污水后繼處理以及農(nóng)村、鄉(xiāng)鎮(zhèn)的污水處理中。它在接受大氣降水、生活污水和地表徑流的同時，也接受了來自這些大氣以及水系統(tǒng)中的PEs污染物。本研究分析了濕地微生物對PEs的生物降解作用，探討了基質(zhì)材料蛭石及其表面降解菌形成的生物膜對PEs類污染物的去除機理，闡明了利用人工濕地降解PEs的重要作用。 人工濕地基質(zhì)材料對PEs類污染物的吸附作用是影響其環(huán)境行為的主要因素，本課題研究了濕地基質(zhì)材料蛭石對PEs類化合物的吸附及作用機理，并探討了環(huán)境因素（如溫度、pH和腐殖酸含量）對其吸附能力的影響，尤其對環(huán)境中大量存在的腐殖酸物質(zhì)影響蛭石吸附能力的機理進行了探討。PEs主要依靠疏水作用以單分子層的形式吸附在蛭石的片層結(jié)構(gòu)上，動力學分析表明吸附符合二級動力學方程（r0.99），熱力學分析表明吸附符合Langmuir模型（r0.99），該吸附過程是放熱的，自發(fā)進行的，由熵變和焓變共同驅(qū)動。環(huán)境中腐殖酸物質(zhì)的存在會明顯影響PEs在基質(zhì)材料蛭石表面的吸附，導致PEs的吸附量下降。溶液中腐殖酸-DEHP復合體的形成，以及腐殖酸和PEs競爭蛭石表面的吸附位點，都是造成DEHP在蛭石表面吸附量下降的主要原因，然而過量的腐殖酸存在以及過酸性的環(huán)境都會削弱腐殖酸對吸附的影響。 生物降解是環(huán)境中PEs轉(zhuǎn)化降解的主要途徑，本研究從長期接受污水處理廠二沉池出水的人工濕地中分離篩選PEs降解菌，以DMP、DBP和DEHP為PEs類污染物的代表物，考察了這些降解菌對PEs及其代謝產(chǎn)物的降解能力，探討降解菌對PEs的生物降解轉(zhuǎn)化特性，并對降解菌進行了分類鑒定與降解相關基因的研究。共從濕地土壤及基質(zhì)混合物中分離得了15株具有PEs降解能力的菌株。這些降解菌主要屬于變形菌綱和放線菌綱，共涉及8個菌屬，其中有些菌屬（克雷伯氏菌屬Klebsiella sp.），對PEs的降解利用還未見報道。其中節(jié)桿菌屬（Arthrobacter sp.）菌株C21除了高效降解PEs外，對PEs的降解中間產(chǎn)物鄰苯二甲酸（PA）也有較高的利用能力。降解動力學分析表明高濃度PEs對降解菌C21的生長代謝具有底物抑制作用，降解過程的細胞生長符合Haldane抑制模型（r=0.98），其相關動力學參數(shù)為μmax=0.12h1，Ks=4.2mg/L，Ki=204.6mg/L。低濃度PEs時，菌株C21細胞生長符合一級動力學模型。本研究為今后利用人工濕地去除PEs提供了優(yōu)勢菌種，并為構(gòu)建具有高效PEs降解性能的微生物體系和用分子生物學方法檢測人工濕地的PEs降解菌群奠定了基礎。 PEs降解菌Arthrobacter sp. C21能夠在人工濕地基質(zhì)材料-蛭石的表面快速形成生物膜，以DEHP為PEs類污染物的代表物的研究發(fā)現(xiàn)，生物膜的形成會提高蛭石-生物膜體系中PEs的去除率。本研究結(jié)果表明生物膜去除PEs的主要依靠以下三種途徑，即蛭石對DEHP的吸附作用、生物膜的吸附作用以及生物膜的降解作用。在蛭石-生物膜體系中，蛭石吸附與生物降解的協(xié)同作用提高了DEHP的生物降解速率。在生物膜形成的初期（0-5小時），也就是菌體黏附階段，菌株C21的生物降解作用和蛭石吸附作用是PEs去除的主要途徑；在生物膜的聚集階段（5-36小時），則主要依靠生物降解作用去除PEs。分析生物膜對DEHP的降解能力較懸浮培養(yǎng)有所提高的原因之一是細菌生物量的大量增加。另外，通過計算底物比降解速率發(fā)現(xiàn)細菌C21形成生物膜后，其降解活性也明顯增強；在生物膜的成熟階段，生物膜對PEs的大量吸附是液相中PEs減少的主要原因，有少量PEs被用來維持生物體生長，大量的EPS交聯(lián)在一起構(gòu)成了細胞膜的基本骨架，其中的疏水性組分蛋白質(zhì)有利于生物膜吸附DEHP，而且分析表明生物膜體系中的EPS產(chǎn)量與底物DEHP的去除量具有顯著正相關性（rp＞0.86）。此外，添加葡萄糖會促進蛭石-生物膜體系中生物量的增加和對DEHP的去除，且DEHP的去除量隨著體系pH的上升而顯著下降。 【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：X703

【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學工學博士學位論文直接進入大氣環(huán)境，這是PEs進入自然環(huán)境的主要途徑[9]。近年來，PEs類污染物的研究和監(jiān)控，已經(jīng)受到越來越多國家的重視[9, 10]。研影響PEs在大氣中遷移轉(zhuǎn)化的重要因素[10]。對法國巴黎市區(qū)大氣中研究，主成分分析（DCA）表明，大氣中總PEs濃度的季節(jié)變化與溫[11]。例如，在中國東部的南京市，其大氣中氣溶膠態(tài)的和氣態(tài)的PE高呈下降趨勢[12]；印度Raipur地區(qū)大氣中的PEs含量在春季和冬季較季，季風季節(jié)最低[13]。

- 6 -圖1-2 PEs在南非Jukskei河的水樣（A）和沉積物（B）中的分布； 數(shù)字代表不同的采用點，S和W分別代表夏季和冬季[24]。Fig. 1-2 Mean concentration of PEs in water samples (A) and sediment samples (B) of JukskRiver, South Africa. The figure represents different sampling sites; S represents summer; Wrepresents winter.PEs在地表水和沉積物中的分布受季節(jié)變化的顯著影響。在南非的Jukskei河無論是水相還是沉積物中，，監(jiān)測到的PEs的總含量在冬季都明顯高于夏季（圖1-24]。國內(nèi)根據(jù)取樣的時間來推算長江水系水體中PEs含量的季節(jié)變化，發(fā)現(xiàn)無論干流還是支流，冬季PEs含量都明顯高于夏季，這可能與枯水期和豐水期的交替

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 梁威,吳振斌,周巧紅,成水平,付貴萍,詹發(fā)萃,鄧家齊;構(gòu)建濕地去除酞酸酯的基質(zhì)微生物和酶機制研究[J];長江流域資源與環(huán)境;2003年03期

2 張金蓮;吳振斌;;水環(huán)境中生物膜的研究進展[J];環(huán)境科學與技術;2007年11期

3 曹秀芹;趙自玲;;胞外聚合物(EPS)構(gòu)成的影響因素分析[J];環(huán)境科學與技術;2010年S2期

4 遲杰;康江麗;;水體中懸浮顆粒物對酞酸酯的吸附和解吸特性[J];環(huán)境化學;2006年04期

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7 李海濤;黃歲j;;水環(huán)境中鄰苯二甲酸酯的遷移轉(zhuǎn)化研究[J];環(huán)境污染與防治;2006年11期

8 曾巧云;莫測輝;蔡全英;吳啟堂;;蘿卜對鄰苯二甲酸酯(PAEs)吸收累積特征及途徑的初步研究[J];環(huán)境科學學報;2006年01期

9 李曉東;;A/O及人工濕地耦合工藝處理縣城生活污水[J];環(huán)境保護與循環(huán)經(jīng)濟;2012年09期

10 甘家安,王西奎,徐廣通,王筱梅,孟平蕊,吳毓娟;植物中酞酸酯的分析測定研究[J];色譜;1997年02期

本文編號：2711917