（环境科学专业论文）壬基酚及壬基酚聚氧乙烯醚与藻类的相互作用研究.pdf

至茎墼：至苎竺墨塑圣堡墅翌鏊鲞坚堂壁丝塑鲞型苎堕童塞竖坐 a b s t r a c t t h et o x i ce f f e c to fn po nc h l o r e t l av 1 1 i g a r i sw a ss t u d i e d ，a n dt h ee f f e c to fe n v i r o n m e n t a l f a c t o r s ，s u c ha st e m p e r a t u r e ，p hv a l u e ，l i g h t ：d a r kr a t i o ，h u m i ca c i d ，o nt h et o x i c i t yo fn pt o c h l o r e l l av u l g a r i sw a si n v e s t i g a t e d t o x i ce f f e c to fam i x i n gs o l u t i o no fn p l e oa n dn p 2 e o o nc h l o r e l l av “l g a r i sw a ss t u d i e d b i o c o n c e n t r a t i o na n dd e g r a d a t i o no fn pa n dn p e o 12b y c h l o r e l l a u l g a r i sw e r es t u d i e d ，a n dt h er e m o v a lo fn pb yi m m o b i l i z e dc h l o r e l l av u l g a r i sw a s o b s e r v e da l s o t h er e m o v a lo f n pa n dn p e 0 1 2 b yn a t u r a lw a t e r sw a si n v e s t i g a t e d n ph a dt o x i ce f f e c to nc h l o r e l t av u l g o r i s ，u n d e rt h ec i r c u m s t a n c e so f 4 0 0 0 l u x ，2 5 ca n d l i g h t ：d a r kr a t i o1 ：1 ，i c s ow a s4 9 7 4 - 2 5p g la tt h e9 6 h t h ee f f e c to f t e m p e r a t u r e o nt h et o x i c i t y e x i s t e d ，i c 5 口w a s4 3 0g g l ，4 7 5p g la n d5 4 2p la t2 0 ，2 5a n d3 0 c ，r e s p e c t i v e l y w i t ht h e i n c r e a s i n go ft e m p e r a t u r e ，t h et o x i c i t yo fn pt oc h l o r e l l av u l g a r i sd e c l i n e d t h ee f f e c to fp h v a t u eo nt h et o x i c i t yw a ss i g n i f i c a n t ，i c s qw a s4 2 9 la t p f t7 2a n d7 0 1 g g la tp t q i0 2 w i t h i ne x p e r i m e n t a lr a n g e ，t o x i c i t yo fn pt oc h l o r e u av u l g a r i su n d e ra l k a l i n ew a s l e s st h a ni n n a t u r a l t h ee f f e c to f l i g h t ：d a r kr a t i oo n t h et o x i c i t yo fn p t oc h l o r e l l av u l g a r i sw a sn o td i s t i n c t t h ee f f e c to fh u m i ca c i do nt h et o x i c i t yt oc h l o r e l l av u i g a r i sw a sr e m a r k a b l e i c 5 0w a s31 6 p g l ，5 6 0g g la n d6 1 2 la tt h ec o n c e n t r a t i o no fo 1 m g l ，1 0m g la n d1 0 0 m g l ， r e s p e c t i v e l y t h em i x i n gs o l u t i o no fn p l e oa n dn p 2 e o b yd i f f e r e n tp r o p o r t i o ne x h i b i t e dt o x i ce f f e c t o nc h l o r e l l av u l g a r i s w h e nt h ep r o p o r t i o nw a s 1 6 5 ，1 0a n d0 0 0 5 ，i c s ow a s2 5 8 ) “g 见， 216 0 p g la n d6 7 4 0 p g l ，r e s p e c t i v e l ya tt h e9 6 h i tc a nb ec o n c l u d e dt h a tt h et o x i cs e q u e n c ei s n p e o m p o n e n t s o l u t i o no f n p l e oa n dn p 2 e o n p 2 e o n pa n dn p e 0 1 2c a nb ea c c u m u l a t e db yc h l o r e l l av u l g a r i s ，b c fa r e2 4 2 2a n d13 8 3 1 r e s p e c t i v e l y t h ed e g r a d a t i o ne f f i c i e n c yo fn p a n dn p e 0 1 2 b yc h l o r e t l av u l g a r i sw a s 5 6 7 a n d9 8 7 r e s p e c t i v e l y , n pw a sr e m o v e db yi m m o b i l i z e dc h l o r e l l a v u l g a r i s t h er e m o v a l e f f i c i e n c yw a s9 7 9 a f t e r4 8 h u n d e rt h r e ed i f f e r e n tc i r c u m s t a n c e s ，n pa n dn p e o12w a sr e m o v e d e f f e c t i v e l yb yn a t u r a l w a t e r t h er e m o v a le f f i c i e n c yo f n pw a s9 29 ，9 9 4 a n d9 7 3 r e s p e c t i v e l yt h er e m o v a lo f n p e 0 1 2w a s9 9 8 3 ，9 99 2 a n d 9 9 9 2 r e s p e c t i v e iy k e y w o r d s ：n p , n p e o s ，c h d o r e l l av u l g a r j s ，t o x i c i t y , b i o c o n c e n t r a t i o n ，d e g r a d a t i o n i j 第一章绪论 第一章绪论 近年来，环境各介质中， ! | j 在空气，水，沉积物，土壤以及生物体，食品中都发现了 王基酚( n o n y l p h e n o l ，n p ) 和壬基酚聚氧乙烯醚( n o n y l p h e n o lp o l y e t h o x y l a t e s ，n p e o s ) 的污染。 1 1 壬基酚及壬基酚聚氧乙烯醚简介 1 1 1 应用 n p e o s 是一种用途广泛的非离子表面活性剂，可用作工业洗涤剂，油田破乳剂，纺 织助剂，抗静电剂，润滑油添加剂，橡胶助剂及酚醛树脂改性剂等，还用于制造防腐剂， 着色剂及矿物浮选剂。从1 9 4 0 年使用至今，n p e o s 是目前性能最好的非离子表面活性剂 之一，有良好的除垢，润湿，泡沫控制和低湿使用性能。具有如下化学结构，如图1 1 。 刚一e 邺s 。h n p e o s 图1 - 1壬基酚聚氧乙烯醚的结构式 2 0 0 0 年，世界上n p e o s 产摄为6 5 万吨，其中的6 0 通过各种途径最终进入水环境i ”。 n p e o s 降解产物为含有较少己氧基( e o ) 酐j n p e o s ，主要是含1 3 个e o 的壬基酚聚氧 乙烯醚( n p e 0 1 ，n p e 0 2 ，n p e 0 3 ) 和n p 。 1 1 2 性质 一个n p e o s 分子有两个部分：憎水的n p 部分和亲水的乙氧基( e o ) 部分。这种 两性结构使n p e o s 即可溶于水，又易溶于有机相中。n p e o s 在水中的溶解度主要取决于 第一章结论 形成分子亲水部分的极性基团的数量，e o 5 的n p e o s 被认为是水溶性的，即亲水的。2 0 5 时n p e 0 1 3 在水中的溶 解度在3 0 2 5 8 8m g l 之间，n p 水溶解度为5 4 3m g l ，如表l l 所示。 表1 - 1n p 及n p e o s 的物理性质 表1 一l 中列出的n p 和n p e o j s 的辛醇水分配系数( k 。) 对数值在4 1 7 4 4 8 之间 决定着这些物质易于结合在水中的颗粒物，水底沉积物，水生生物中。在厌氧淤泥中， n p 相当稳定，其含量可达7 2 m g k g ”t1 。 物理化学性质决定其在环境中的行为和分布。有助于预测这些化合物在空气，水，沉 积物。土壤以及生物体内的分布。 1 1 3 分布 1 9 9 9 年b e n k e n d o r 一印等发现在栉蚕的粘液腺分泌物中含有n p ，这是目前发现的首例 n p 天然源。n p 及n p e o s 进入环境主要是人类行为日i 发的结果，工业和城市废水处理厂 出水( 液体和淤泥) ，或直接排放进入环境，如杀虫剂的使用。目前很多国家和地区的空 气、水、土壤、沉积物、生物体，甚至食品中都检测到n p 及n p e o s 的存在。 ( 1 ) 空气 1 9 9 9 年，d a c h s 【7 1 等首次检测到空气中n p 的存在。研究发现纽约一新泽西海岸的空气 中含n p 为2 2 7 0 n g m 3 。被污水处理厂一排放物污染到的城区，工业区和沿海地区的空气 中也检测到n p 的存在，这对人类健康和生态系统的发展是很重要的问题。 2 0 0 0 年，r u d e l 【8 1 等检测了室内空气和扶尘中的内分泌干扰物。住宅和商业办公室的 2 第一章绪论 灰尘中都存在n p 、n p e 0 1 和n p e 0 2 ，浓度分别为2 3 7 8 2 9 9 g 、2 ，5 - 1 4 5 9 9 g 、 0 8 2 1 4 5 9 9 g 。在室内空气中，也存在n p 、n p e 0 1 ，但含量相对于灰尘要小得多，浓度 分别为0 1 1 8 , a g g 、0 ，0 2 1 0 0 2 2 g g 。2 0 0 3 年，r u d e l l g l 等又一次检测了居室内空气及灰 尘中内分泌干扰物的存在状况，发现在空气和灰尘中都存在n p 、n p e 0 1 和n p e 0 2 ，这 三种物质在空气中浓度分别为2 1 4 2 0 n g m 3 、 l o d 一7 3 n g m 3 、 l o d 一2 6 n g m 3 ，在灰尘中 的浓度分别为 l o d 一8 ，6 8 n g g 、 l o d 一1 5 6 n g g 、 l o d 一4 93 n g g 。 ( 2 ) 水 n p e o s 在自然环境及污水处理过程中，通过聚乙氧基侧链的逐步缩短及氧化形成一 些小分子代谢中间产物，其降解途径如图1 2 所示。在某些条件下，岜发生壬基侧链的降 解和苯环的卤化，但不是主要降解途径。 上述中间代谢产物不易进一步降解，大量调查研究表明，在世界范围水域中广泛的存 在着上述n p e o s 中间代谢产物的污染。如表l 一2 所示。 表1 - 2n p 及n p e o s 在地表水中的浓度 s p a i n6lod一644 2 3 5( 0 ，1 5 4in 3 j a p a n 2 4 00 5 1 0 800 4 08 1 1 4 u s a3 0 0 1 i 一06 4 o0 6 06 0 o0 7 一i 2 1 6 - 1 49 1 5 1 2 2 00 7 7 01 1 60 0 5 6 03 2 6 00 3 8 03 9 800 2 6 0 3 2 8 1 6 g e r m a n y 1 60 0 0 6 7 01 3 4 17 23lod一0 4 8 5 1 8 t a i w a nt 0 7 0 8 9 5 0 1 9 d u t c h2 0 9 2 0 在我国水源中发现了高浓度的n p 污染，而且在自来水中也检测出较高浓度的n p 。 胡建英等检测重庆流域嘉陵江和长江水中n p 的浓度，4 月份n p 浓度为0 0 2 - 1 1 2 9 9 l ， 7 月份为1 5 5 6 8 5 ”g 儿。自来水厂水样的检测中也发现了n p 的存在，4 月份n p 浓度为 3 籀一审绪论 0 0 1 0 0 6 p _ g l ，7 月份为0 o l 一2 7 3 1 a g l 。本课题组在黄河上游水体中也检测到了n p 的存在。 r r r n p e c s i h 2 c o h ol r j 。h 2 o li 吼c h j ：文。h n p e c l o h r n p o h i t = c , j i - l i9 n p r o s s = m + r 0 翻1 2n p e o s 降解途径【o 4 o h c h 2 n p e o ( s 1 ) n p e o l ： h c ， ， r h r。lh。1 o 吣 州 1，j 0 。、 h c c主| r，hh。l 0 c 0 o 吣 m、斗叫 主吣 c叱 ，=7卜10 9 o ho ： h c 、t ， c h 、 o 堡= 童笪堡 k u c h 等在德国的饮用水中也检测出n p ，在所检测的9 个样品中都存在n p ，浓度 为2 5 0 1 6 n g l a 李f 炎等在韩国西瓦湖表层水中检测出n p ，含量在1 7 4 1 1 3 4n g 几 之间。 这些水体的污染主要来自污水处理厂的排放物，世界各地的污水处理厂出水中部检测 出n p e o s 代谢产物，如表1 3 所示。 表卜3 n p 及n p e o s 在s t p s 出水中的浓度 ( 3 ) 沉积物 n p e o s 降解中间产物比母体化合物具有更高的亲脂性，因而易富集在颗粒物，水底 沉积物及生物相中。表l - 4 列出了水底沉积物中发现的n p e o s 及其代谢产物浓度。 ( 4 ) 巧泥及土壤 为农用土地提供污泥，对于s 1 1 p 来况是一种很廉价的处理污泥的方式，同时可以使 氮循环利用，目前世界各地都在使用污泥恢复土壤的肥力，美国纽约州i 每年就有1 8 万吨 污泥施放进入农业用地，然而很多污泥中都存在n p e o s 。g u a r d i a 【3 5 】等分析了美国全国 范围内1 1 个污水处理厂施放于土壤的污泥中n p e o s 的含量，其中n p 浓度在5 4 - 8 8 7 m g k g2 _ j 司，n p e 0 1 、n p e 0 2 浓度分别在 o 5 - 15 4m g k g 、 】5 - 2 5 4m g k g 之间。l e e 等收集了加拿大城市污水处理厂的污泥，3 5 个样品中n p 、n p e 0 1 、n p e 0 2 的平均浓度 讹帝绪论 分别为2 3 2 p g g 、6 9 4p g g 、2 6 4p g g 干重。p r y o r l 3 8 1 等发现纽约州污水处理厂的消 化污泥中的n p 浓度在1 i 3 0 1 8 4 0m g k g 之间。在英国，瑞士，台湾等国家和地区都有报 道，发现污水处理厂的厌氧消化污泥中存在大量的n p ，其浓度分别在2 4 4 2 6 7m g k g ， 3 2 6 6 3 7m g k g 37 1 ，4 5 0 2 5 3 0m g k g 之间【3 8 1 。 m a r c o m i n i 【1 0 i 等在瑞士施放污泥的土壤中，检测到n p ，n p e 0 1 ，n p e 0 2 的浓度分别 为：1 6 p g g ，0 4 0 p g g ，0 7 0 p g g 。在加拿大施放污泥的土壤中检测出n p 浓度为 2 7 2 p g g ，还存在痕量的n p e 0 1 ，n p e 0 2 。 ( 5 ) 生物体 a h e l l 3 9 1 等研究了瑞士g 】a t t 流域地表水中淡水生物体内n p e o s 的含量，发现在三 种水生植物( c a d o p h e ：曹g d o m e ：f 7 t a ，t ：o n t i n a i sa n t i r v r e t i c 昌p o t a m o g e t o nc r i s p u s ) 体内n p 、n p e o i 、n p e 0 2 浓度分别在25 3 8h g g 、0 9 8 0p g g 、0 , 6 2 9 , g g 之蚍在鱼体 内n p 、n p e 0 1 、n p e 0 2 浓度分别在 o 0 3 1 6m g k g 、0 0 6 7 0m g k g 、 o 0 3 。3 1m g & g 之 间。水体附近的野鸭体内也发现n p 的存在，其中肌肉中n p 浓度为i 2 0m g k g 干重， n p e 0 1 、n p e 0 2 浓度分别为2 1 0m g k g 干重、0 3 5m g k g 干重。 g o n t h e r 等分析了德国北部拇洋中贻贝体内n j ，的浓度，发现从1 9 8 5 年的4i , g k g 降 6 笫一审绪论 低到了1 9 9 5 年的1 1 “g k g ，这可能和德国在1 9 8 6 年开始限制使用a p e o s 类表面活性剂有 关。s n y d e r h l l 等在拉斯维加斯海湾的鲤鱼体内检测出n p 、n p e 0 1 ，浓度分别为1 8 4 4n g g 湿重和2 4 2 9 n g g 湿重。f e r r a r a l 4 2 1 等在亚德里亚海意大利海岸的1 5 个海港中检测了鱿鱼 体内n p 的含量，发现n p 在鱿鱼体内最高达6 9 6 n g g 湿重，n p e o s _ ：r 度低于检测限。t s u d a 【4 3 l 等检测到日本河里蜗牛的体内含有n p 、n p e 0 1 、n p e 0 2 ，其浓度分别在2 1 9 n g g 湿重、 2 - 2 1 n g g 湿重、( 2 6 2 n g g 湿重之间：蚬体内n p 、n p e 0 1 、n p e 0 2 浓度分别为3 n g g 湿重、 4 n g g 湿重、 2 n g g 湿重。k a n n a n l 4 4 等检测了密歇根、h k a l a m a z o o 河中鱼体内n p 的含量， 浓度在 l o d 一3 4 n g g 湿重之间。b e n n i e p 8 1 等发现加拿大圣劳伦斯河里生活的白鲸体内n p 的浓度在 0 0 2 0 1 2 g g 之间。i s a b e l l e 4 5 】等在美国的两条河中的鹗卵中发现n p 的存在， 其浓度在1 3 - 1 8 n g g 之蚓。 金芬4 6 1 等在北京排污河天津段的野生鲫鱼体内检测到了n p e o s 和n p 的存在，发现n p 浓度在3 0 1 5 1 0 n g g 湿重之间，n p e o s ( s = 4 一g ) 浓度在4 0 6 8 0 n g g 湿重之间。 ( 6 ) 其它 g u e n t h e r 4 7 1 等系统的分析了德国市售6 0 种食物中n p 的含量。对3 9 种市民日常食物 分析发现，所有的样品中都含有n p ，浓度在0 ，1 4 9 9 9 k g 之间。对2 1 利一婴儿食品，如 粉状奶粉，婴儿食物及母乳的分析发现。n p 存在于所有的分析样品中，浓度在0 2 - 4 0 p g k g 之间，n p 在成品中 ：j 勺浓度高于在母乳中的浓度。 o z a k i l 4 8 1 等分析了食。铺包装、婴儿用品和其它方式使用的塑料产品中的n p 的含景， 发现在6 0 种调查产品中，其中的i5 种产品含有n p ，浓度在2 6 - 5 1 3g g g 之间。 1 1 4 霉性 n p 的毒性远高于n p e o s ，如大型蚤4 8 小时急性毒性实验表明，n p e 0 9 的半致死浓 度( l c 5 0 ) 为1 4 0 0 0 ”g 儿，n p 的l c5 ( ) 为1 9 0p g l ，毒性增加7 4 倍f 4 9 1 ，且n p 可以和雌激 素受体结合，具有扰乱生物体内分泌系统的环境荷尔蒙作用，是目的日本公布的7 0 种环 境激素之一【s o l 。 1 9 9 1 年，s o t o 5 0 1 等人发现从聚苯乙烯试管中分离出来的n p 可诱导人类的雌激素敏感 7 第一章缃论 型乳腺癌细胞m c f - 7 增生。1 9 9 4 年，英国的研究者发现在污水处理厂出水的受纳水体中 的雄鱼体内产生大量的卵黄蛋白原( v t g ) ，是由于污水中含有n p 而导致的【5 “。1 9 9 5 年 开始，英国，法国，德国和斯堪的纳维亚( 瑞典、挪威、丹麦、冰岛的泛称) 国家在家用 清洁产品中停止使用a p e o s 5 2 1 。 目前发现n p 可导致鸟类和爬虫动物的性别比例异常，雄鱼和雄性蟾蜍雌性化5 孙，水 生无脊椎动物的畸形发展【”1 ，诱导鱼体内血浆中v t g 水平升高，影响脑下垂体功能， 抑制卵巢的发展【56 1 ，使雄鼠的精子质量下降m ，诱导雌鼠子宫的早期发育，且可诱导 人类雌激素敏感型乳腺癌细胞m c f 7 增生 5 9 】，降低人机体免疫能力，影响神经系统 6 0 】6 0 ， 加速b a l b 3 t 3 细胞转化。 1 1 5 降解 在传统s t p 中，n p e o s 可被生物降解，是从缩短e o 链长度开始的，生成含有一个 或两个e o 单位的短链n p e o s 。进一步氧化e o 链，“生壬基苯乙酸和壬基酚聚氧乙烯酸。 在厌氧条件下，可以完全去乙氧基，生成n p 。 n p e o s 及其降解产物在不同s t p 中，因其处理工艺和运行效率不同，有不同的去除 率。在美国，去除率为9 3 一9 9 1 在日本，一般秋季的去除率为8 6 9 9 ，冬季为6 6 9 9 ： 在意大利，去除率为7 4 一9 8 t 6 1 】；在我国，去除率为7 1 i 29 1 。 许多文献报道，不同实验条件下n p e o s 及其降解产物在河水，海水，沉积物和土壤 中分别有不同的降解速率。n p e 0 9 在河水中的初步降解半衰期为4 天，而在河流沉积物 中的半衰期则是1 0 天左右 6 2 】。l i b e r t 3 2 】等在实验室模拟沿海生态系统，研究n p 的分布和 残留期，发现在水柱中n p 的半衰期1 1 2 天，而在沉积物中则是2 8 1 0 4 天e k e l u n d 6 3 1 等的研究发现，在11 海水中n p 的降解半衰期为5 8 天，在加入沉积物并充氧的海水中， n p 降解的半衰期则是3 5 天。h e s s e l s o e 6 4 1 等研究了n p 在均匀和非均匀土壤与污泥的混合 物中的降解，从而了解n p 在污泥修复的土壤中的降觯情况。研究发现在有氧的均匀混合 物中，n p 在3 8 天内完全降解，在含有污泥聚合体( 2 c m 直径) 的非均匀混合物中，n p 降解延缓，在3 个月内都不能完全降解。这主要是由于污泥聚合体中没有足够的氧气，而 要使2 厘米直径的聚合体完全充氧需要至少一年以上的时间，由此指出好氧条件易于n p r 第一章绪论 降解。 温度对n p e o s 降解有强烈影响。m a n z a n o 6 5 1 等研究了温度对于河水中n p e o s 降解的 影响，发现在t c 和2 5 。c 时n p e o s 降解率分别为6 8 和9 6 。，同时研究了n p e 0 1 ，n p e 0 2 在不同温度下的降解，在3 0 天的实验结束时都没有完全降解，在7 和2 5 。c 时，降解率 分别为3 0 $ u7 0 。另有研究指出光照对初级降解有延缓作用，m a n n d 6 6 1 等研究了光 照对n p e o s 降解的影响，发现在没有光照情况下，试验3 3 天后，n p e 0 8 1 7 完全消失， n p e 0 4 8 在，丌始短暂的含量升高之后【：i l 消失了，n p e 0 1 ，3 则没有消失，且含量有所升高。 在有光照情况下，试验3 3 天后，n p e 0 9 1 7 完全消失，n p e 0 6 8 没有完全消失，n p e 0 1 5 则没有减少。 吴伟等研究了水体中微生物对n p e o s 的降解，发现芽孢杆菌，假单胞菌，诺卡氏 菌和假丝酵母4 利z 菌株在一定条件f 对水体中的n p e o s 都有降解，若按体积比1 ：2 ：1 ： 1 的比例将四菌株组合成复合菌群，i = i 大幅度提高处理效率，降解率达到6 1 。y u a n 【6 8 1 等研究了n p e 0 1 、n p 在河水沉积物中的好氧微生物作用下的生物降解情况，发现 p s e u d o m o n a s s p 是降解性能最好的微生物，其降解n p 可产生中间产物4 一氨基苯乙酮。 1 2 藻类及固定化藻类的应用 1 2 1 藻类简介 在自然环境中，单细胞藻类处于食物链的初级营养级，在光照下吸收水体中的无机营 养盐类和二氧化碳，合成有机物，是整个水生生态系统物质循环和能量流动的基础。通过 各种途径进入水中的污染物首先作用于藻类，从污染生态角度，藻类易受外来污染物的侵 害，富集污染物并通过食物链的传递影响整个水生生态系统；另外，藻类对污染物的富集 和降解作用也改变了污染物的环境行为和归趋，因此藻类是评价污染物对水生生物影响的 主要环节之一【6 9 l 。藻类体积小，繁殖快，在短时倒内可完成一个世代，且很容易在实验 室培养中生长，对大多数污染物比鱼类和贝类更为敏感，是国际经合组织( o e c d ) 列出 的标准测试生物种之一f 7 0 】。 第一章缔论 自1 9 6 0 年发现杜氏盐藻( d u n a l i e l l as a l i n a ) 是生产b 胡萝h 素最佳天然原料以来， 藻类的生物技术就引起了广泛的关注。藻类可利用廉价的底物及太阳能合成出许多有用的 初级和二级代谢产物，如氨基酸，初级醇，维生素，色素，多糖，药类及脂类等，因此很 早就用于生化生产【7 l 】。近年来，国内开展了大量的有关藻类培养和污水处理环境调控及 其净化机理方面的研究。 1 9 5 7 年，o s w a l d 7 2 】等提出利用藻类的吸收富集和降解作用来去除污水中的营养物质、 重金属和有机毒物，同时回收藻类生物量用作动物饲料、饵料，精细化工原料来源以及人 类的潜在食物，或富集回收重金属。藻类对水体中的有机污染物有一定的富集和降解作用。 藻类对有机物的作用首先表现为富集，其结果是沿着食物链迁移或在藻体内各种酶的参与 下发生一系列生化反应，使有机污染物得到降解和转化。 司友斌1 7 3 1 等研究发现铜绿微囊藻对苯酚有明显的富集与降解作用。富集量2 4 小时最 大达2 7 8 5m g g ，5 天降解率为6 7 6 。阎海【7 4 等研究发现蛋白核小球藻对邻苯二甲酸二 乙酯有明显的富集与降解作用，1 2 小时达最大富集量9 8m g g ，同平均降解7 3 m g l 。林 毅雄t 7 5 研究发现小球藻和斜生栅藻均能降解卜6 6 6 。戴树桂【7 6 】等研究发现淡水斜生栅藻和 扁藻对三丁基锡的降解半衰期分别为5 2 天、1 7 天。t h i e s t 7 2 等研究发现小球藻可降解伏 杀磷。l i u t 7 7 1 等研究发现蛋白核小球藻对印染废水中所包含的2 0 中有机物都有一定程度的 降解。 1 2 2 藻类固定化及固定化藻类在环境领域中的应用 固定化作为构建生物反应器的一项重要的生物工程技术，最初用于酶的固定化，随后 发展到固定动、植物细胞，细菌、酵母等微生物及d n a 重组细胞等，在大量的基础研究 和生产实践中。已经取得了十分显著的经济效益和社会效益。对藻类细胞的固定化研究 始于2 0 世纪8 0 年代，初步的研究结果表明微藻固定化在有用物质及能源生产、生物传 感器、污水处理、种质保存及模拟生物反应器等领域具有广阔的应用前景【7 8 】。近年来， 国内外学者围绕着固定化藻类技术进行了许多有益的尝试。 传统的悬浮态的藻类系统在具体的应用中具有藻水分离困难，稳定性差等缺陷，利用 1 0 铺一帮绪论 固定化技术将藻细胞固定，形成固定化藻类系统是克服这些缺陷的有效途径。其固定化方 法主要有吸附法和包埋法，两种方法均有操作简单、对细胞活性影响小的优点。吸附法指 藻细胞通过向载体表面和内部的生长扩散而形成的聚集体。传统废水处理中生物膜上的藻 类即是靠吸附力自然形成的：包埋法指在培养前将一定数量的藻细胞混合于载体中，在载 体形成凝胶时，将藻细胞包埋在载体内部，再进一步生长分裂。由于吸附法可固定的细胞 数量有限，固定的藻细胞易脱落，因此包埋法就成了目前研究和应用最为广泛的固定化方 法。 在环境领域中，固定化藻类主要应用于毒性检验、生物监测和废水处理。固定化藻类 系统应用于废水处理，具有藻细胞密度高，反应速度快运行稳定可靠，微生物流失少， 不需分离，能纯化和保存高效菌株等优势7 9 1 。利用固定化藻类细胞净化污水，可去除n 、 p ，吸收和富集重金属，吸附和降解难降解有机物。 藻类可以有效富集、降解包括农药、烷烃、偶氮染料、淀粉、酚类、邻苯二甲酸酯及 金属有机污染物等多种有机污染物。利用固定化藻类系统吸附难降解有机污染物相对悬浮 态藻类系统具有去除效率高，可忍受有毒物浓度高等特点，有很大的发展前景。 本课题组研究固定化藻类降解有机污染物已经取得了很大进展，黄国兰【8 0 1 等对固定 化藻降解染料的初步研究表明，固定化藻比悬浮态藻对染料有更佳的脱色能力。z h a n g t 8 1 】 等利用固定化小球藻降解三丁基锡及其降解产物二丁基锡，一丁基锡，固定化大大提高了 藻对三丁基锡及其降解产物的摄取速率，处理1 2 小时固定化藻对三种丁基锡的去除率分 别为8 6 5 、7 9 0 、7 8 3 ，而悬浮态藻的去除率只有3 7 8 、3 0 o 、6 9 ，4 。但是固定 化藻对三丁基锡的峰值富集倍数均有下降，如三丁基锡的峰值生物富集因子由悬浮态的 1 5 4 7 下降到固定化的3 2 5 ，这是因为载体分担了一部分毒物，因此固定化使藻能耐受更高 浓度的毒物。h u a n g 【8 2 】等用海藻酸哉阎定盐泽螺旋藻降解氯化三苯锡( t p t ) ，发现对t p t 去除率达6 8 。 本试验小组的前期工作中，创立了改进的p v a 一硫酸盐包埋固定化方法，该法操作 条件比较温和成球的透光性较好，有利于保留生物最和促进藻细胞的光合作用。h u a n g 8 m 等完善了这一固定化方法，并建立m q 定化蛋白核小球藻体系，去除生活污水中的n 、p ， 效率都很好。 第一章结论 1 3本论文研究的主要内容 本题是天南大合作项目废水及微污染水处理创新技术研究中分项课题南大子课 题微污染水综合防治技术研究中子课题：是幽家自然科学基金项目壬基酚聚氧乙烯 醚及其代谢物在水环境多介质的行为研究中子课题。 我国是生产和消费表面活性剂的大国，产量呈逐年上升趋势，而目前国内关于n p e o s 小分子代谢产物对水生生念系统各级生产力的毒性效应研究还少有报道，对于固定化藻降 解n p e o s 小分子代谢产物的研究也未见报道。鉴于此，本论文主要研究n p e o s 及其小分 子代谢产物与水生生态系统的初级生产者藻类的相互作用。论文首先研究n p 对普通 小球藻( c h l o r e l l av m g a r i s ) 的毒性影响，并研究了温度、p h 值、光暗比等环境因子 及腐殖酸的存在对n p 毒性的影响；其次论文研究了n p l e o 、n p 2 e o 的复合毒性，以三 种不同的比例试验混合物对普通小球藻的毒性，这在国内还没有相关报道；其次论文研究 了普通小球藻对n p 、n p e o t 2 的富集降解，固定化普通小球藻对n p 的去除，在目前可 以收集到的国际报道中都没有相关的研究；然后论文研究了n p 、n p e 0 1 2 在湖水中的去 除情况，为去除天然水环境中n p e o s 及其小分子代谢残留物提供科学依据。 粥一章 毒性作用 第二章壬基酚及壬基酚聚氧乙烯醚对普通小球藻的毒性作用 藻类是一种原植体植物，是水体中的初级生产力。某种有害的化学物质进入水体，藻 类的生命活动将会受到影响，生物量也会发生改变。通过测定藻类的生物量，可评价有害 物质对藻类生长的作用，反映对水体中初级生产营养级的影响以及对整个水生生态系统的 可能的综合环境效应。 确定藻类生长的指标很多，常用的测试指标有：光密度，细胞数，叶绿素含量及细胞 二f 重。一般说来，同一试验最好选用两科，测试指标，以利试验结果的比较，根据目前的实 验条件，实验中选用细胞数和叶绿索两种测试指标。 不同物质或同一物质在不同条件下的毒性，常有显著的差异。影响物质毒性的因素 很多，概括来说，有物质的化学结构及理化性质( 如物质的分子立体构型，分子大小，官 能团溶解度，电离度，脂溶性等) ；物质所处的基体因素( 如基体的组成、性质等) ：机 体暴露于有毒物质的状况( 如毒物剂量，浓度，机体暴露持续的时间、频率、，c a , 时间，机 体暴露的部位及途径等) ；生物因素( 如生物种属差异，年龄，体重，性别，遗传及免疫 情况，营养及健康状况等) ：生物所处环境( 如温度，湿度，气压，季节及昼夜节律的变 化，光照，噪声等) 。 本章除研究n p 及n p e o s 对普通小球藻的毒性作用外，还试验生物所处的环境，也 就是环境因子对n p 毒性作用的影响，实验中选定的环境因子包括：温度，p h 值，光暗 比，腐殖酸等，研究其对n p 毒性作用的影响。 2 1实验材料与方法 2 1 i 实验材料与仪器 普通小球藻( c h o r e i j av u g n r i s ) ：中国科学院武汉水生生物研究所藻种库 壬基酚( 纯度9 9 9 9 ) ，r 本东京化成工业株式会社 壬基酚聚氧乙烯醚( n p e o s ，s = l 。2 ) ，本课题组用工业产品制各得到的混合物 无水乙醇，天津市化学试剂六厂 1 1 第二章毒性作用 s h p 2 5 0 g 光照培养箱，天津天宇实验仪器有限公司 c x 31 r b s fx 型o l y m p u s 显微镜 t d l 一5 a 低速台式大容量离心机，上海安亭科学仪器厂 b c d 1 8 2 型冰箱，中意电冰箱厂 7 5 2 紫外光栅分光光度计，上海第三分析仪器厂 2 1 2 藻细胞的培养 采用b o l db a s a l 培养基培养放大，培养基配方如表2 1 所示。 表2 - 1b o l db a s a l 培养液配方1 8 4 第二带毒性作用 在2 5 0m l 锥形瓶中加入约1 0 0 m lb o l d 培养液，放入灭菌锅中在0 1 2m p a - f ) j , 热灭 菌3 0 m i n ，冷却到室温后，在紫外灭菌箱中接种。在2 5 ：l 1 恒温箱中培养，光照强度 4 0 0 0 l u x ，每天振摇3 次。在藻细胞处于稳定生长期时进行转接，扩大培养以得到足够量 的藻细胞。 2 1 3 实验方法 2 1 3 1 壬基酚对普通小球藻生长抑制实验 根据等对数间距法选择n p 的实验浓度，预备实验设定0 、2 0 0 、2 5 1 、3 1 6 、4 0 0 、5 0 1 、 6 3 1 、8 0 0 、1 0 0 0g g l ( 乙醇浓度 1 ) 9 个浓度，初步测定n p 对普通小球藻的生长抑制 作用。正式实验根据预备实验的结果，选定n p 实验浓度为0 、3 1 6 、4 0 0 、5 0 l 、6 3 1 、8 0 0 u l 。将1 0 0 m l 灭菌后的培养液加入到2 5 0 m l 锥形瓶中，转入处于对数生长期的普通小 球藻，使藻细胞密度约为2 1 0 5 个m l ，加入一定体积的n p 的乙醇溶液，使锥形瓶中 n p 浓度分别为0 、3 1 6 、4 0 0 、5 0 1 、6 3 l 、8 0 0g g l ，在光照4 0 0 0 l u x ，光暗比1 ：l ，2 5 c 条件下研究n p 对普通小球藻的生长抑制作用。实验中每个浓度设两个平行样，每天摇动 3 次，每隔2 4 h 定时取样测定叶绿素含量。 2 1 3 2 环境因子对n p 对普通小球藻生长抑制作用的影响实验 选择n p 浓度为0 、4 0 0 、5 0 1 、6 3 1 、8 0 0 l ，分别在以下条件下研究影响因子对 n p 对普通小球藻生长抑制作用的影响： 1 在光照4 0 0 0 l u x 、光暗比1 ：l 条件下，分别设定温度为2 0 、2 5 、3 0 。c ，研究温度 对n p 对普通小球藻生长抑制作用的影响； 2 在光照4 0 0 0 l u x 、光暗比1 ：1 、2 5 。c 条件下，用1 m n a o h 溶液调节口h 值分别为 7 2 、1 0 2 ，研究p h 值对n p 对普通小球藻生长抑制作用的影响； 3 在光照4 0 0 0 l u x 、2 5 条件下，分别殴定光暗比为2 ：1 、1 ：1 、l ：2 ，研究光暗比对 n p 对普通小球藻生长抑制作用的影响； 4 在光照4 0 0 0 l u x 、光暗比l ：l ，2 5 条件下，加入腐殖酸，使其浓度分别为0 1 、 1 0 、1 0 0 m g l ，研究腐殖酸对n p 则普通小球藻生长抑制作用的影响。 第二章毒性作用 2 1 3 3 混合毒性实验 研究n p l e o 、n p 2 e o 不同比例的混合溶液对普通小球藻的生长抑制作用，各混合溶 液为本课题小组利用工业产品经h p l c 制备而得到。物质组成如表2 - 2 所示： 表1 - 2 各混合溶液中物质的质量比 设定i 溶液浓度为0 、7 9 4 、1 2 5 9 、2 0 0 0 、3 1 6 2 、5 0 1 2 、7 9 4 3 “l ，溶液浓度为0 、 1 2 5 9 、2 0 0 0 、2 5 1 2 、3 1 6 2 、3 9 1 8 、5 0 1 2 “l ，i i i 溶液浓度为0 、2 0 0 0 , 3 1 6 2 、5 0 1 2 、7 9 4 3 、 1 2 5 8 9 、1 9 9 5 2p g l ，研究不同比例的n p i e o 、n p 2 e o 混合溶液在光照4 0 0 0 l u x 、光暗比 l ：l 、2 5 。c 条件下对普通小球藻的生长抑制作用。 2 1 4 叶绿素含量测定和计算方法 实验中采用分光光度法测定叶绿索的含量： 每2 4 h 取培养液5 m l ，5 0 0 0r p m 离心1 5 m i n 以提取藻细胞；去掉上清液，用5 m l 无水乙醇将藻细胞溶出，盖好塞子静置于4 0 c 冰箱内，避光；2 4 h 后取出离心管，5 0 0 0r p m 离心1 0m i n ，耿上清液分别测定波长6 6 3 、6 4 5 n m 处的吸光度。 采用校f 后的a r n o n 公式计算乙醇提取液中i i - t 1 绿素的含量： 叶绿素a 含量c a = 1 2 7 2 a 6 6 3 2 5 8 5 a 6 45 叶绿素b 含量c b = 2 2 8 8 a 6 4 5 4 6 7