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厌氧微生物修复多氯联苯污染:国际应用与中国实践

时间:2023-11-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:图6.5 T-1 组反应0 周和反应24 周后的多氯联苯单体浓度分布,以及0 周和24 周相对变化量脱氯产物的检出和定量是分析归纳相关脱氯路径和脱氯偏好的要求,也是脱氯反应发生的直接证据。从图中可以看出,9 种多氯联苯母体量减少的同时,生成了若干子代脱氯产物。图6.7 T-1-S 组的主要脱氯路径

厌氧微生物修复多氯联苯污染:国际应用与中国实践

图6.5 T-1 组反应0 周(A)和反应24 周后(B)的多氯联苯单体浓度分布,以及0 周和24 周相对变化量(C)

脱氯产物的检出和定量是分析归纳相关脱氯路径和脱氯偏好的要求,也是脱氯反应发生的直接证据。随着脱氯的进行,沉积物微环境中出现的多氯联苯单体由最初添加的9 种母体逐渐增多。图6.5 是反应零点和反应24 周后T-1 组中多氯联苯单体分布的情况。从图中可以看出,9 种多氯联苯母体量减少的同时,生成了若干子代脱氯产物。24 周时生成的主要脱氯产物包括:PCB 1(2-CB)、PCB 2(3-CB)、PCB 25(24-3-CB)、PCB 32(26-4-CB)、PCB 47(24-24-CB)、PCB 49(24-25-CB)、PCB 52(25-25-CB)、PCB 66(24-34-CB)、PCB 90(235-24-CB)、PCB 99(245-24-CB)、PCB 101(245-25-CB)和PCB 102(245-26-CB)。其中PCB 1、PCB 2、PCB 25、PCB 32 和PCB 66 的含量最高。为了明晰形成每种多氯联苯脱氯产物所经历的多氯联苯脱氯路径,研究根据所添加的9 种母体多氯联苯均不会成为其他母体理论上的一代脱氯子产物,从而按照母体的减少与其子产物的增加反向追踪其来源,判断主要的脱氯路径。本研究依照子产物的出现时间及IUPAC 编号排序,将满足下列条件的脱氯子产物归纳入表6.5:(1)自首次出现时间起,在后续采样中亦被检出;(2)检出浓度足以保证子产物存在,而非实验误差造成;(3)子产物与其母体、下一级子产物的出现时间和浓度增减变化相吻合。

表6.5 脱氯代谢产物及其母体和脱氯路径

续表6.5

当脱氯启动时,即3 至6 周,被取代的氯原子绝大部分是邻位氯取代的间位氯原子(OF Meta)、双侧氯取代的间位氯原子(DF Meta)和单侧氯取代的对位氯原子(SF Para)。这说明有侧位氯取代的间位、对位氯原子是最易于脱氯的位置。6 周后,除了上述的脱氯方式外,对位氯取代的间位脱氯(PF Meta)和双侧氯取代的对位脱氯(DF Para)也可以进行。在此阶段9 种PCB 母体全部开始降解,甚至出现PCB 170 的二代、三代子产物,部分母体也出现二代子产物。对比各个单体的初始浓度与最终浓度,可以发现呈现明显积累的5 种PCB 单体PCB 1、PCB 2、PCB 25、PCB 32、PCB 66(PCB 66 是PCB 25 最可能的上一级母体)的共同特点是:联苯环上剩余的氯原子多为无侧位氯取代的氯原子,不论该氯原子是邻位、间位或对位氯原子。这说明当相邻位置存在氯原子时,氯原子被取代的难度会降低,是微生物首选的进攻位置。(www.xing528.com)

在添加了FeOOH 的T-1-Fe 组中,最主要的脱氯路径和PCB 105、PCB 5的降解有关,脱氯的位置在DF Meta、OF Meta 和SF Para。具体脱氯路径见图6.6。事实上,PCB 170 和PCB 114 的脱氯反应也逐渐开始进行。与T-1 组相比,在T-1-Fe 中所观察到的主要脱氯位置和T-1 组中第6 周时首先观察到的脱氯位置相吻合。这说明,FeOOH 的添加虽然延长了脱氯反应的滞后期,减慢了脱氯反应的速率,但并没有改变脱氯的偏好,DF Meta、OF Meta 和SF Para氯原子仍旧是最易于被微生物所利用的。

图6.6 T-1-Fe 组的主要脱氯路径

在培养24 周后,添加了的T-1-S 组所表现出对脱氯的抑制作用要强于T-1-Fe 组。在沉积物微环境中仅检测到PCB 105 和PCB 5 两种单体的脱氯产物(见图6.7)。并且,T-1-Fe 中不同的是,PCB 105 的一代脱氯产物不仅集中出现了间位脱氯产物PCB 66,还集中出现了对位脱氯产物PCB 55。通常来说,相比于间位脱氯,对位脱氯要更难。而在硫酸盐还原条件下,对位脱氯的效果得到显现,该结果和美国哈德逊河、格拉斯河的结果基本一致,与此前报道的硫酸盐对多氯联苯脱氯的影响研究结果也保持一致[91]。这说明,硫酸盐还原条件下,对位脱氯选择性的出现可能是普遍现象,具体代谢机理还有待深入探讨。

图6.7 T-1-S 组的主要脱氯路径

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