人工濕地基質(zhì)蛭石及其生物膜對(duì)鄰苯二甲酸酯的去除及機(jī)理.pdf

1、鄰苯二甲酸酯（Phthalate esters，PEs），又名酞酸酯，是一類具有雌激素效應(yīng)的內(nèi)分泌干擾物，被廣泛應(yīng)用于許多與人們生活息息相關(guān)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(jī)污染物之一，對(duì)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(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。人工濕地是一種水陸交錯(cuò)的特殊生態(tài)系統(tǒng)，被廣泛地應(yīng)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(shí)，也接受

2、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(duì)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(duì)PEs類污染物的去除機(jī)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(duì)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(duì)PEs類化合物的吸附及作用機(jī)理，并探討了環(huán)境因素（如溫度、pH和腐殖酸含量）對(duì)其吸附能力的影響，尤其對(duì)環(huán)境中大量存在的腐殖酸物質(zhì)

3、影響蛭石吸附能力的機(jī)理進(jìn)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(dòng)力學(xué)分析表明吸附符合二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程（r>0.99），熱力學(xué)分析表明吸附符合Langmuir模型（r>0.99），該吸附過程是放熱的，自發(fā)進(jìn)行的，由熵變和焓變共同驅(qū)動(dòng)。環(huán)境中腐殖酸物質(zhì)的存在會(huì)明顯影響PEs在基質(zhì)材料蛭石表面的吸附，導(dǎo)致PEs的吸附量下降。溶液中腐殖酸-DEHP復(fù)合體的形成，以及腐殖酸和PEs競(jìng)爭(zhēng)蛭石表面的吸附位點(diǎn)，都是造成D

4、EHP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(huì)削弱腐殖酸對(duì)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(zhǎng)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(duì)PEs及其代謝產(chǎn)物的降解能力，探討降解菌對(duì)PEs的生物降解轉(zhuǎn)化特性，并對(duì)降解菌進(jìn)行了分類鑒定與降解相關(guān)基因的研究。共從濕地土壤及基質(zhì)混合物中分離

5、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(gè)菌屬，其中有些菌屬（克雷伯氏菌屬Klebsiella sp.），對(duì)PEs的降解利用還未見報(bào)道。其中節(jié)桿菌屬（Arthrobacter sp.）菌株C21除了高效降解PEs外，對(duì)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(dòng)力學(xué)分析表明高濃度PEs對(duì)降解菌C21的生長(zhǎng)代謝具有底物抑制作用，降解過程的細(xì)胞生長(zhǎng)符合Haldane抑制模型（r=

6、0.98），其相關(guān)動(dòng)力學(xué)參數(shù)為μmax=0.12 h-1，Ks=4.2 mg/L，Ki=204.6 mg/L。低濃度PEs時(shí)，菌株C21細(xì)胞生長(zhǎng)符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。本研究為今后利用人工濕地去除PEs提供了優(yōu)勢(shì)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(xué)方法檢測(cè)人工濕地的PEs降解菌群奠定了基礎(chǔ)。
　　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

7、PEs類污染物的代表物的研究發(fā)現(xiàn)，生物膜的形成會(huì)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(duì)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(shí)），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(shí)），則

8、主要依靠生物降解作用去除PEs。分析生物膜對(duì)DEHP的降解能力較懸浮培養(yǎng)有所提高的原因之一是細(xì)菌生物量的大量增加。另外，通過計(jì)算底物比降解速率發(fā)現(xiàn)細(xì)菌C21形成生物膜后，其降解活性也明顯增強(qiáng)；在生物膜的成熟階段，生物膜對(duì)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(zhǎng)，大量的EPS交聯(lián)在一起構(gòu)成了細(xì)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DE