微生物对土壤与沉积物吸附多环芳烃的影响

以枯草芽孢杆菌为接种微生物,研究微生物对沉积物和湿地土壤吸附多环芳烃（PAHs）菲、苯并［a］芘过程的影响.结果表明,枯草芽孢杆菌对菲与苯并［a］芘都可进行吸附或生物降解,48h液相PAHs浓度达到平衡时,微生物对菲消除了98％,对苯并［a］芘消除85％;接种的样品48h吸附等温线均呈线形,能较好地符合线性方程;在接种微生物情况下,沉积物与土壤对菲和苯并［a］芘吸附特征均发生较大变化,对菲的吸附量增大约35倍,而对苯并［a］芘的吸附量却降低了2/3左右;未接种微生物的土壤和沉积物对菲解吸率为20％,接种的样品组为2.9％,而对苯并［a］芘的解吸结果与菲相反,未接种的对照组为4％,接种的样品组为13％.微生物在土壤与沉积物吸附PAHs的过程中起主导作用.     

天然土壤中菲的解吸行为特征研究

选取天然土壤样品,以菲作为代表性污染物,利用批量吸附-解吸实验考察不同初始浓度、不同吸附时间条件下菲解吸行为的滞后性特征.实验数据采用Freundlich方程式拟合,并由基于热力学的TII指数表征.结果表明,天然土壤吸持菲的比例随其初始浓度的增加而减少.在土壤多次解吸过程中,每次释放菲的比例随其初始浓度的升高而增加,随解吸次数的增加而减少.吸附过程的拟合指数n大于解吸过程的对应值,并随初始固相浓度的加大而增加.天然土壤吸附-解吸过程的滞后性特征表现为初始固相浓度越高,TII值越接近0,滞后性越弱;反之,则TII值越接近1,滞后性越强.另外,吸附平衡时间30 d对应的n值小于5 d的,而两者的TII值随初始浓度增高则呈现降低趋势.就同一浓度而言,吸附平衡30 d所对应的TII值高于5 d的.     

运用区室模型预测有机污染物在沉积物中的吸附行为

运用区室模型对菲和五氯酚(PCP)在8种沉积物中的吸附行为进行了研究.将吸附系统分为液相、固相可逆吸附相、固相不可逆吸附相3个区室.结果表明,8种沉积物对菲和PCP的吸附均表现出相似的变化趋势,即在吸附初期,液相浓度迅速下降,在约10d时开始趋于稳定,可逆吸附相浓度在前10d迅速上升,随后开始下降,不可逆吸附相在整个吸附过程中一直保持上升.沉积物对菲的不可逆吸附占总吸附量的比例比PCP大.用实验数据对模拟不可逆吸附量进行验证表明,模拟值比实验值偏低,可能是由于实验方法差异造成的.吸附态目标物甲醇提取率随吸附时间延长而降低,有机质含量较高的沉积物提取率较低.     

沉积物中重金属铅的释放动力学模拟

采用扩散通量模型(DIFS)模拟了沉积物中Pb从固相向液相释放的动力学过程.模拟结果表明,对于扩散梯度膜(DGT)测定的Pb浓度CDGT与孔隙水Pb浓度比值(R)接近1的S1样品,靠近DGT的液相Pb被消耗后,固相吸附态Pb迅速补给消耗;其解吸速率常数k-1较大,而且非稳态Pb含量较大,在放置时间(t)内,DGT表面孔隙水Pb浓度一直维持在初始浓度.而对于R接近0的S2样品(无补给情况),靠近DGT孔隙水Pb被消耗后,固相的补给很少,反映在相关参数上便是非稳态Pb含量较低,而且解吸速率常数k-1很小,DGT表面处孔隙水Pb浓度随放置时间的增加而降低.对于R值等于0.39的S3样品(部分补给情况),非稳态Pb含量和解吸速率常数k-1介于S1和S2样品之间,固相的补给能力介于S1和S2之间.由以上模拟结果可知,沉积物中重金属释放动力学过程受到非稳态Pb含量和释放动力学参数共同影响.     

大辽河水系沉积物对PAHs 生物降解的特征

以大辽河水系主要支流太子河、浑河和大辽河典型河段沉积物为对象,通过实验室模拟实验,考察了沉积物对萘、芴、菲和蒽4 种多环芳烃 (PAHs) 的生物降解特性,并通过磷脂脂肪酸(PLFA)方法对沉积物微生物群落结构进行了分析.结果表明,在单基质条件下,对4 种PAHs 降解呈现:浑河为萘＞菲＞芴＞蒽;大辽河为萘＞芴＞菲＞蒽;太子河为萘＞菲＞蒽＞芴.共基质存在时,不同沉积物对PAHs 降解速率呈现不同变化趋势,降解能力顺序为太子河＞大辽河＞浑河.Margalef 物种丰富度、Shannon-Wiener 多样性和 Simpson 多样性指数均表明3 个采样点微生物丰富度及多样性顺序为大辽河＞太子河＞浑河.     

大辽河水系表层沉积物中Cd的迁移动力学及生物有效性

为了研究大辽河水系表层沉积物中Cd的迁移特征及生物有效性,在大辽河水系采集了8个表层沉积物样品.测定了沉积物的理化性质、Cd的总含量和可交换态含量,利用DGT方法和离心方法测定了沉积物孔隙水中Cd的浓度.在试验的基础上采用DIFS模型计算了沉积物中Cd从固相到液相释放的动力学参数Tc和解吸速率常数k-1.结果表明,表层沉积物中Cd的总含量为0.16～4.86mg·kg-1,高于中国土壤和辽宁省土壤背景值.离心法测定的孔隙水中Cd的浓度为0.28～3.88ng·mL-1,而DGT测定的浓度为0.08～0.72ng·mL-1.DGT测定的浓度CDGT比离心方法测定的孔隙水浓度低,体现了平衡分配方法和动力学方法在预测生物有效性方面的差异.DIFS模拟结果表明,沉积物中Cd的响应时间Tc和解吸速率常数k-1跨度非常大,分别为10.16～9.999×106s和0.01×106～558.16×106s-1,体现了沉积物中Cd在固/液相之间反应的动力学差异,此外,吸附态和液相之间的平衡分配系数Kd也是影响沉积物中Cd从固相到液相的再补给能力和生物有效性的重要因素.     

溶解性有机质对菲在沉积物上吸附与解吸性能的影响

采集了北京通州凉水河(标记为L)以及广东东江流域(标记为D)的沉积物,并进行菲(Phe)的连续吸附-解吸实验,研究了不同含量及组成的溶解性有机质(DOMs)对其吸附与解吸性能的影响.结果表明,DOMs能明显抑制菲在沉积物上的吸附,在实验浓度范围内(0~110mg/L),菲在沉积物上的吸附量与DOC浓度呈显著的负线性相关,并且DOC浓度越高,对吸附作用的抑制越显著.在溶解性有机质存在条件下,菲在2种沉积物上的吸附均呈线性吸附特征,kd值随加入沉积物浸出液DOC浓度的减小呈增大的趋势.菲在2种沉积物上的解吸过程均呈现一定的迟滞性,其解吸迟滞性可用热力学指数TII来描述.随着菲初始浓度的增加,TII值先减小后增加,其变化可以用吸附在高低位点上的菲分子比例以及菲分子是否能够被禁锢在吸附剂微孔内部来加以解释;溶解性有机质的存在,能促进菲从沉积物上的解吸,从而使菲的解吸滞后性减弱, 增强其在水环境介质中的迁移与传输能力.     

岸滤系统中磺胺甲恶唑、咖啡因和卡马西平的厌氧转化模拟研究

为了探究药品和个人护理用品(PPCPs)在岸滤系统中的转化过程及其影响因素,采集了不同类型的河床岸滤土壤,模拟岸滤系统中的反硝化和硫还原过程,探究该过程中磺胺甲恶唑(Sulfamethoxazole,SMX)及两种共存PPCPs(咖啡因、卡马西平)的转化过程及中间产物的生成.批次培养实验结果显示,至培养周期第87 d时SMX的生物降解率达到100%,反硝化过程中SMX自第5 d开始转化为两种衍生物—D-SMX及4-nitro-SMX,反硝化反应结束两种衍生物再次还原为SMX.SMX的转化率因有机质的不同而产生差异,添加乙酸钠有机质时SMX的转化率整体高于添加富里酸有机质的转化率;硫还原条件下SMX则完全降解;咖啡因(Caffeine,CFE)的生物降解率高于50%,不同河床土壤的理化性质差异及微生物的分布差异造成CFE的吸附及降解效果有很大差异,投加潮白河沉积物样品中CFE生物降解率高于投加密云水库沉积物样品;卡马西平(Carbamazepine,CMZ)的降解率范围在20%~35%,CMZ在岸滤系统中不易发生降解.     

滇池水环境中微囊藻毒素的生物降解

利用从滇池蓝藻水华生物量中提取的微囊藻毒素试验溶液,接种滇池沉积物的微生物,研究其在有氧条件下的生物降解过程.结果表明,水体中的微囊藻毒素易被生物降解,其降解反应服从方程C=A/(1+Be-^Ct).当温度在12～25℃,加入的沉积物量为1~10g时,藻毒素粗提液的平均降解反应速率为3.181.13d^-1,平均半衰期t^1/2为2.661.27d,且藻毒素的生物降解速度随反应温度和沉积物量的增加而提高.研究结果还表明,生物降解是去除滇池水环境中微囊藻毒素的一个重要机制.     

土壤与沉积物中天然有机物释放过程的动力学研究

根据不同流速条件下解吸及降解过程的模拟实验结果，探讨土壤与沉积物中天然有机物释放的动力学过程．研究发现，有机物的释放包括解吸与降解两个过程．影响二者时间尺度有所不同，均遵循一级动力学反应规律．流速对平衡浓度与速率常数均有影响，速率常数随流动相线速度的升高而加大．湿度与温度是降解过程的主要影响因素，湿润条件与高温有利于有机物降解．     

长江口水域菲含量及对斑马鱼组织结构的影响

采集长江口表层水体样品,测定了样品中菲的含量,得到菲含量为13.55～91.73ng/L。据此,在实验室条件下,将斑马鱼暴露在浓度为50.0ng/L的菲水溶液中36d,研究了其对受试鱼鳃和肝组织结构的影响。结果显示,斑马鱼的鳃和肝组织均受到了损害,主要表现为鳃小片上皮细胞肿大和水肿;部分肝细胞出现肿大、细胞质中出现空泡。表明长江口表层水体受到一定程度的菲污染,长江口表层水体中的菲含量已经对鱼体的鳃和肝组织产生了毒性,应加以关注。     

海河沉积物对菲的吸附解吸行为研究

采用北运河坝河断面、海河干流邓善沽断面及葛沽镇断面表层沉积物及南开花园土为吸附剂,以菲为吸附质进行一系列吸附动力学和吸附-解吸平衡实验研究。结果表明,菲在各颗粒物上的吸附动力学过程,在0-4h内基本可达吸附平衡,刚开始吸附速率很快,然后迅速降低,并逐渐稳定;菲在各颗粒物上的等温平衡吸附可用线性等温线方程及Freundlich方程较好的拟合;不同来源颗粒物对菲的吸附能力随颗粒物中有机质含量增加而增强;葛沽镇颗粒物经高温灼烧处理后,其吸附能力明显降低;各天然颗粒物及不同温度灼烧处理的颗粒物对菲的解吸行为存在不同程度的滞后,灼烧颗粒物的滞后性远远大于原颗粒物,颗粒物中的有机质组分及性质对菲的解吸滞后有重要影响     

菲在沉积物上的吸附-解吸研究

采用批量实验的方法,研究了盐度对菲在沉积物上的吸附的影响以及菲的初始浓度、沉积物结构性质改变、盐度对菲解吸的影响,并深入讨论了不可逆吸附的机制.结果表明,提高盐度促进菲的吸附,促进程度与沉积物所含有机质（SOM）有关.由菲吸附增加计算得到的盐常数0.299 L·mol^-1高于由菲溶解度降低计算得到的盐常数0.125 L·mol^-1.菲的解吸具有不同程度的迟滞性,实验数据用Freundlich方程拟合,解吸迟滞性用热力学指数TII表征.随着菲初始加入浓度增加,TII值先降低后又增加,以淡水中菲的解吸为例,随着菲初始浓度由0.5 mg·L^-1增加到2.5 mg·L^-1,TII值先由0.80降到0.38又增加到0.55,表明解吸迟滞性呈先下降后增加的趋势.氢氧化钠处理后的沉积物与原沉积物相比解吸迟滞性减弱,TII值由0.55降到0.33,说明对菲的锁定能力变弱.首次报道了盐度对菲解吸的迟滞性影响,结果表明,菲的解吸迟滞性指数TII值由淡水中的0.55减少到盐水中的0.42,说明盐水中菲解吸迟滞性比淡水中弱,解吸迟滞性的变化可以用菲分布到的吸附点位能量高低不同以及菲分子是否能够锁定在吸附剂内部微孔来解释.     

菲在四种碳纳米管上的解吸行为研究

碳纳米材料是当前环境领域关注的热点之一.本研究以菲为模型污染物,以Tenax TA树脂为助解吸剂,研究了菲在4种碳纳米管上的非生物解吸动力学以及碳纳米管理化性质对菲解吸的影响机理.结果表明,当老化60d,碳纳米管上菲初始吸附量为578mg·kg-1时,解吸30d后菲累积解吸量随时间变化不明显,解吸35d后碳纳米管上菲的...     

长江口水体中PAHs的基本生态风险特征

通过对2007年4月24—30日采集于长江口水体7个不同采样点18个水样中的4种典型多环芳烃类化合物(PAHs)的浓度分析,依据3个基础营养级水平(藻、、鱼)的毒性效应〔L(E)C50和NOEC〕,采用欧盟适用于现有化学物质与新化学物质的风险评价技术指南(TGD)中的商值法对长江口水体中的萘、菲、蒽、荧蒽进行了生态风险评价. 结果表明,4种PAHs除蒽外的环境浓度/无影响浓度(PEC/PNEC)都小于1. 说明长江口水体中4种PAHs只有蒽存在一定生态风险,其他3种均未对长江口生态造成威胁.      

菲在不同成熟度干酪根上的吸附与解吸行为

 采用热模拟的方法用云南先锋褐煤制得一组成熟度不同的干酪根,研究其对菲的吸附解吸行为.结果表明,菲在不同成熟度的干酪根上的吸附与解吸均呈现出明显的非线性和解吸滞后,并且非线性和解吸滞后程度随着干酪根成熟度的增加而增加,这与其内部结构和性质间存在一定的内在关系.     

贵州石漠化土壤中菲和芘解吸行为的研究

为了探明典型多环芳烃(PAHs)在石漠化土壤中的迁移行为,揭示石漠化土壤理化性质对PAHs迁移的影响机制,选取贵州省不同石漠化等级区域的石灰土,采用批解吸法结合Pearson相关系数分析,研究菲和芘在不同溶液中的解吸行为。结果表明:石漠化等级越高,菲和芘的解吸越容易,菲和芘的解吸滞后系数(HI值)分别从无石漠化土壤的0.73和0.46降至重度石漠化土壤的0.54和0.28,菲和芘的非线性指数(N值)分别从无石漠化土壤的0.514和0.557增至重度石漠化土壤的0.606和0.637。解吸动力学研究表明:随着石漠化等级升高,菲和芘的快解吸组分(F_rap)含量增加,增幅分别为24.14%和18.14%,快解吸速率(K_rap)分别从6.56,1.26 h-1增至8.16,7.98 h-1。土壤有机质含量、孔隙度、比表面积和阳离子交换量是影响贵州石漠化土壤解吸菲和芘的4个主要因子,均与菲和芘的解吸能力呈负相关。不同解吸环境对比实验表明:石漠化土壤的富钙特性是影响菲和芘解吸的重要因素,电解质溶液中Ca2+会促进菲和芘的解吸。在石漠化等级越高的土壤中菲和芘解吸越容易,这与土壤的富钙特性紧密相关。     

大豆和小麦根系对菲的吸持作用及其生物有效性

不同作物根系对多环芳烃(PAHs)的吸持作用及其生物有效性研究有助于深入揭示PAHs在生态系统中的环境行为和科学评估PAHs的生态风险.然而,不同作物根系吸持PAHs的差异性及其生物有效性鲜有报道.为此,本研究以菲作为PAHs的代表,探究了不同条件下大豆和小麦根系对菲的吸持/解吸及其吸持菲的有效性.结果表明,根系菲吸持随时间的变化表现为:活体根处理先增加再降低而后趋于平衡,这与活体根系存在菲转运延迟有关;灭活根和烘干根处理则先增加而后趋于平衡.根系的比表面积越大,脂肪含量越高,菲的吸持速率越快.不同菲浓度条件下,各处理根系菲的吸持量均随平衡浓度的增加而增大,Henry吸附等温式拟合R2均大于0.973,灭活根和烘干根用Freundlich吸附等温式拟合效果更好,小麦根系的Langmuir吸附等温式拟合效果优于大豆根系,说明分配作用和表面吸附共同控制作物根系菲的吸持,而活体根系与菲存在特殊的键合作用,其拟合效果较差.脂肪含量越高、含水率越高、膜的通透性越大,根系的吸持容量也越大.吸持在根系上的菲的解吸率的大小顺序为活体根烘干根灭活根;大豆各处理根系小于相应的小麦根系.不同根系吸持菲的生物有效性与解吸结果一致,因此可以用解吸率评价其生物有效性.研究结果可为作物根系吸持PAHs的当季和后茬作物有效性评估提供依据.