磺胺甲恶唑和甲氧苄氨嘧啶在土壤中的好氧降解及对微生物呼吸的影响

实验研究了抗生素药物在不同土壤中(不同种类以及有无添加牛粪)的降解行为,同时采用基质诱导呼吸法考察了药物在土壤中对微生物呼吸的影响.结果表明,添加牛粪的土壤在前20 d内轻微促进了磺胺甲恶唑的降解效率,磺胺甲恶唑的快速降解主要是微生物作用引起,而甲氧苄氨嘧啶则在好氧条件下表现出较强的持久性.同控制土壤样品对比,药物对土壤微生物呼吸的短暂抑制作用出现在前2 d,随后快速恢复.100 d后,在添加不同浓度,单体或混合物的抗生素土壤中,总的矿化程度无较大差异.这表明2种抗生素的不同浓度,单独或混合的添加方式,100 d后对微生物呼吸造成的影响较小.     

磺胺甲恶唑和甲氧苄啶对生物脱氮过程的影响规律

近年来,滥用抗生素对环境和人类健康的潜在危害引起了广泛的关注.生物脱氮是废水处理系统中的重要组成部分,抗生素的大量存在影响了水中含氮污染物的高效去除.本文以磺胺甲恶唑（SMX）和甲氧苄啶（TMP）为例,探究了这两种抗生素单独作用和混合存在时对生物脱氮的影响,以及脱氮过程中抗生素自身的降解情况.结果显示,在硝化过程中,暴露48 h的条件下,TMP和SMX对硝化过程的抑制作用随其浓度的增大而增强,并且TMP和SMX混合作用时对硝化过程的抑制比单独作用时明显增强,SMX和TMP分别单独作用和混合存在时,对污泥的氨氧化最大抑制率分别为42.1%、55.2%和64.0%.在反硝化过程中,TMP通过影响硝态氮还原为亚硝态氮的过程,对反硝化产生明显的抑制作用.此外,在脱氮过程中,SMX和TMP自身会被微生物降解,在硝化过程中SMX比TMP更容易被降解,而在反硝化过程中TMP比SMX更容易被降解.     

水体中微污染磺胺嘧啶光催化降解行为

抗生素在人体健康和畜牧业生产中起到了积极的作用,但是未被完全吸收和利用的抗生素或其代谢物将通过尿液、粪便排泄等途径进入水体,对水环境的生态安全性及人体健康构成威胁,因而,痕量抗生素在环境中的出现及其潜在危害引起了越来越多的关注.对使用较为广泛的广谱抗菌剂磺胺嘧啶(SDZ)在水中的光催化氧化降解行为进行研究,探讨了反应过程中光照、TiO2的用量、反应起始pH、SDZ的初始质量浓度、反应时间等因素对SDZ降解效率的影响.研究结果表明,SDZ降解符合一级动力学规律,当pH=6.7、SDZ初始质量浓度为2.O mg·L-1、TiO2用量为80 mg·L-1、反应时间为60 min时,SDZ的降解率达到99.9%.结果表明,UV-TiO2光催化氧化能够有效降解水中的磺胺类微污染物.     

二氧化氯降解磺胺甲恶唑的反应机理研究

磺胺甲恶唑（SMX）作为新型污染物在水环境中广泛检出,现有水处理工艺难以降解去除,二氧化氯（ClO₂）作为高效氧化剂和消毒剂能有效降解磺胺类抗生素. 为探究ClO₂降解SMX的反应路径,本研究采用量子化学计算方法分析模拟ClO₂降解SMX的反应历程,结合反应产物的实验测定结果,确定二者反应的产物结构并提出反应路径. 研究结果表明,ClO₂通过非离子化水解和单电子转移过程产生·OH并对SMX进行氧化降解,在SMX的异恶唑环和苯环上发生加成反应,其中,C21位点最易发生加成,势垒仅为5.1 kcal·mol⁻¹;SMX的C3位点先发生加成反应,得到反应中间体,再进一步发生C(3)—N(11)键的断裂,两步反应的势垒分别为16.3 kcal·mol⁻¹和16.9 kcal·mol⁻¹;C16位点发生的加成反应与S(13)—C(16)键的断裂存在协同效应,势垒为9.7 kcal·mol⁻¹;SMX磺酰基S13位点与ClO₂发生取代反应,反应使N(11)—S(13)键断裂,势垒为18.9 kcal·mol⁻¹. ClO₂降解SMX的主要产物为对氨基苯酚、对氨基苯磺酸、对氨基苯磺酰胺和5-甲基异恶唑-3-醇等. 通过分析比对ClO₂降解SMX产物的质谱数据,验证了降解路径的合理性. 本研究通过量子化学模拟结合实验结果分析反应机理及降解路径的方法合理可靠,可为ClO₂氧化降解复杂结构有机物提供科学依据.     

铁碳微电解降解磺胺甲恶唑和卡马西平

以两种典型人工合成有机物（磺胺甲恶唑和卡马西平）为主要研究对象,采用铁碳微电解法降解上述两种目标污染物,研究了铁碳质量比、反应时间、pH、铁投加量等因素对磺胺甲恶唑和卡马西平降解效果的影响.结果表明,pH=1,铁碳比为1：1,铁投加量为80 g·L-1时,磺胺甲恶唑的去除率最高,60 min几乎全部去除.pH=1,铁碳比为1：4,铁投加量为80 g·L-1时,卡马西平的去除率最高,60 min卡马西平去除率接近90%.在这过程中磺胺甲恶唑和卡马西平发生氧化还原反应,它们的氮被还原成氨氮.磺胺甲恶唑和卡马西平的降解符合假一级反应动力学.     

磺胺嘧啶在水中的微生物降解研究

为了探明磺胺嘧啶在水中的环境行为,通过室内模拟降解实验分别研究了磺胺嘧啶在湖水和猪场废水中的好氧和厌氧微生物降解,考察了供氧方式和有机质含量对磺胺嘧啶微生物降解的影响。结果表明:磺胺嘧啶在猪场废水中厌氧微生物降解速率高于其好氧组,而磺胺嘧啶在湖水中厌氧微生物降解速率低于其好氧组。磺胺嘧啶在湖水和猪场废水中的好氧或厌氧微生物降解均较缓慢,这可能与其较强的抑菌性和微生物的营养状况有关。通过微生物培养还研究了好氧降解时磺胺嘧啶对湖水中微生物种群生长的影响,数据显示:磺胺嘧啶对湖水和猪场废水中细菌的生长具有一定的刺激作用,而对真菌和放线菌的生长影响不明显。     

磺胺甲恶唑对磷酸盐在纳米碳管上吸附的影响

在不同pH下,以纳米碳管(CNTs)为模型吸附剂,探讨磺胺甲恶唑(SMX)对磷酸盐吸附的影响机理.结果表明,磷酸盐在羧基化纳米碳管(MC)上的吸附明显受pH的控制,低pH下表现为高吸附,高pH下表现为低吸附,静电作用可能是控制磷酸盐吸附的主要机制;SMX的加入降低了CNTs对磷酸盐的吸附,归因于直接的点位竞争;由于SMX和磷酸盐形态的变化,可以通过电荷中和或排斥,改变磷酸盐与CNTs之间的静电作用,导致在不同pH下SMX表现出对磷酸盐不同的竞争能力.     

磺胺嘧啶和磺胺二甲基嘧啶在纳米Fe3O4-nZVI类Fenton体系中的降解效果

用Fe₃O₄负载纳米零价铁(Fe₃O₄-nZVI)作为非均相催化剂,与H₂O₂耦合构建类Fenton体系,以降解水中磺胺嘧啶(SDZ)和磺胺二甲基嘧啶(SMT). 通过SEM、EDS、XRD和XPS对Fe₃O₄-nZVI材料进行了表征,并考察了Fe₃O₄-nZVI类Fenton体系中H₂O₂浓度、Fe₃O₄-nZVI投加量、初始pH及Fe₃O₄-nZVI循环使用次数对SDZ和SMT降解效果的影响. 结果表明,在25 ℃,SDZ和SMT初始浓度均为10 mg·L⁻¹,H₂O₂浓度分别为10 mmol·L⁻¹(SDZ)和15 mmol·L⁻¹(SMT),Fe₃O₄-nZVI投加量为0.8 g·L⁻¹,初始pH为3的优化条件下,在180 min时,Fe₃O₄-nZVI类Fenton体系对水中SDZ和SMT的降解率分别为97.45%和95.51%,Fe₃O₄-nZVI重复利用4次后,对SDZ和SMT的降解率仍保持在87%以上,表明该材料具有良好的磁回收利用性能. 拟一级动力学拟合参数R²均在0.93以上,表明Fe₃O₄-nZVI类Fenton法对SDZ和SMT的降解过程均符合拟一级动力学方程. 且在各因素最优条件下,SDZ的反应速率常数均大于SMT的反应速率常数,这可能与二者的理化性质及分子结构有关,即磺胺类抗生素(SAs)的pK_a值和水溶解度越小,疏水性越强,杂环基团上的甲基取代基数目越少,SAs越容易被降解.     

磺胺嘧啶和泰乐菌素对养猪废水硝化作用的差异性影响

养猪废水中高残留抗生素会对废水处理系统中的微生物功能产生影响,而由微生物主导的硝化作用是养猪废水脱氮首要环节。为解析抗生素对养猪废水处理系统中硝化反应的影响机制,选取磺胺嘧啶(SDZ)和泰乐菌素(TYL)为代表性抗生素,对比研究了2种典型抗生素不同暴露水平下养猪废水好氧污泥体系氨氧化和硝化反应的变化规律,并结合扩增子测序分析了2种抗生素对硝化反应功能微生物的影响差异。结果表明,在环境浓度下(100～1 000 μg·L^-1)SDZ和TYL对体系氨氧化速率均具有显著抑制作用且与抗生素暴露浓度正相关,1 000 μg·L^-1浓度抗生素试验组中氨氮去除率最高分别下降72%和65%,同时显著降低了体系中微生物丰富度和多样性,抗生素作用时间的影响大于浓度的影响。相比TYL,SDZ对细菌和氨氧化功能菌群结构产生显著影响。SDZ主要显著抑制了亚硝化单胞菌目(Nitrosomonadales)、亚硝化单胞菌科(Nitrosomonadaceae)和亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)等硝化功能菌群。本研究结果为揭示抗生素的环境效应提供基础数据。     

磺胺甲恶唑对小麦叶片蛋白和叶绿素含量及SOD酶活性的影响

为了探明磺胺甲恶唑(sulfamethoxazole,SMZ)的生态毒理效应,通过实验室人工控制毒理实验,研究了低浓度SMZ暴露对小麦体内超氧化物歧化酶(SOD)活性、叶绿素(CHL)和蛋白质(SP)含量的影响.结果显示:染毒7d后,各浓度组小麦叶片的SOD活性均被显著诱导(P＜0.0l),并且染毒浓度的升高增强了SOD的活性,表明SMZ暴露胁迫下,小麦可启动自身的保护机制以最大限度地减少自由基损伤.而小麦叶片的CHL含量,随着SMZ染毒浓度的增加而逐渐降低.并且当SMZ暴露浓度较高时,小麦叶片的CHL含量被显著抑制(P＜0.05)).当SMZ染毒浓度为0.05～ 0.50 mg· L-1时,SP的含量被显著诱导(P＜ 0.01));1.00 mg·L-1SMZ对SP的含量产生显著(P＜0.01)抑制,这说明SMZ染毒剂量将对蛋白质的合成产生严重影响.综上,SOD的活性变化可反映出SMZ暴露对小麦的污染效应及其生态毒性作用,但将其作为评估SMZ污染暴露的生物标志物有待于进一步深入研究.     

光照法处理垃圾渗滤液试验研究

采用直接光照处理青山垃圾填埋场和流芳垃圾填埋场的渗滤液,结果表明,直接光照处理4h,COD去除率分别为31%和18%,其主要原因在于青山垃圾填埋场中含有较多Fe和Cu等光催化物质及自身的光降解.直接光照对NH3-N和总-N的处理效果不佳.     

Effects of visible light radiation on macrophyte litter degradation and nutrient release in water samples from a eutrophic shallow lake

Visible light is a major fraction of the solar spectrum; however, information on visible light radiation of macrophyte detritus is lacking. In this study, we conducted a microcosm experiment to assess the effects of visible light radiation on degradation of two litter species: Potamogeton malaianus (P. malaianus) and Phragmites australis (Ph. australis). This research represents an investigation of mass loss, microbial activity and nutrients released over a period of 168 days. Overall, we found that visible light radiation had significant effects on litter decomposition, but it did not affect the microbial activities which degrade cellulose and lignin. The decomposition rate order of the three components in P. malaianus and Ph. australis in treatments was: cellulose?>?hemicellulose?>?lignin. The visible light radiation mainly affected the degradation of lignin, which is the primary compound in litter susceptible to photodegradation. The exposure to visible light radiation up to 17.6?Wm^?2 stimulated the dissolved organic carbon release and reduced the molecular weight to less reactive. Meanwhile, no obvious difference in nutrient contents (TP, TN, NO₃–N, NO₂–N, and NH₃–N) was observed among different visible light intensities. The results of this study contribute to better understanding of the photochemical behaviour of macrophyte litter in shallow lakes.     

松花江水体中氯苯的光降解

采用模拟装置对氯苯在松花江水体中的光解进行了研究,并对影响光解的腐殖质、溶解氧和浊度进行了实验分析,结果表明,光解符合一级动力学过程,光解速率为0.023 h-1.水体中富里酸浓度大于5.0 mg·L-1、溶解氧降低、水体浊度大于5 NTU时能够明显影响氯苯的光解;通过GC/MS、离子色谱等对光解产物进行了表征,提出了氯苯光解成苯自由基,苯自由基在·Cl的作用下还原生成苯,苯继续在紫外光的作用下降解并与水中氯离子发生加成反应,生成氯乙烷、四氯乙烯等氯代烃的降解路径.     

双氯芬酸在水环境中光降解的初步研究

考察了在模拟太阳光照射下,双氯芬酸初始浓度、pH值、光强、温度、丙酮和双氧水对双氯芬酸光解的影响,并通过淬灭实验初步探讨了双氯芬酸光解.结果表明,双氯芬酸的光降解过程符合准一级动力学方程.光解速率随着双氯芬酸初始浓度的降低、光强的增强以及温度的升高而增大.当pH值从3变化到5时,反应速率常数变大;pH值从5变到8时,反应速率常数变小,再继续增大pH值,反应速率常数增大.水环境中存在的双氧水和丙酮对双氯芬酸的光解具有促进作用.最后,通过淬灭实验表明双氯芬酸的光解过程包括直接光解以及通过活性氧物种进行的自敏化光解.     

含盐水中苯并[a]芘在模拟太阳光下的降解

主要研究了在模拟太阳光照射下,含盐水溶液中苯并[a]芘（BaP）的光降解,讨论了氯离子浓度、pH值、苯并[a]芘浓度、腐殖酸、助溶剂、电子供体、固体颗粒物等对苯并[a]芘光降解的影响.这些影响因素从不同的路径促进或抑制苯并[a]芘的光降解,得出了光照条件下BaP可能的转化路径.同时通过进行GC-MS检测确定了苯并[a]芘光降解后有6-氯代苯并[a]芘和苯并[a]芘二酮物质生成.     

浊度对苦草(Vallisneria natans)幼苗生长的影响

用粒径小于100μm的泥沙分别配置浊度为30、60和90NTU的浑浊水体,将苦草(Vallisneria natans)幼苗种植于上述水体中,测定幼苗的叶片长和叶片数,并利用水下饱和脉冲荧光仪(DIVING-PAM)测定幼苗的光合荧光特性,研究在不同浊度水体中水下光强对苦草幼苗生长的影响。结果表明,随着处理时间的延长和水体浊度的增大,苦草幼苗生长受到明显的影响。第30天时,在60和90NTU水体中,水下光强不足自然光强的4.5%,幼苗叶片出现发黄、折断现象,相对电子传递速率和饱和光强显著降低,非光化学淬灭系数显著升高,表明幼苗光合作用受到明显抑制。在对照水体中,水下的光强为水面光强的43.3%以上,苦草幼苗也受到抑制;而在水下光强≥7.1%的30NTU水体中,苦草幼苗有较高的光能利用率,幼苗生长较好。这表明苦草幼苗有一定的低光适应能力,光强范围大约是7.1%～43.3%,为在浑浊水体中恢复、重建苦草种群提供了一定的实验依据。     

溶解性黑碳促进水环境中四环素的光降解

具有固碳功能的生物炭材料在土壤修复和水体污染治理中的大规模施用导致了溶解性黑碳的（dissolved black carbon,DBC）的大量释放,其在污染物的环境地球化学过程发挥着重要作用. 相比于天然溶解有机质,DBC稠环度高、芳香性强、分子量小,有更高的光电转化效率,更易产生活性中间体促进有机污染物的光降解. 但不同热解温度（heating temperature,HTT）和生物质类型的DBC对水环境中抗生素（antibiotics, ATs）的光降解影响尚有待深入研究. 本文选取不同HTT（300—600 ℃）的芦苇和芦竹生物炭制备DBC,表征其基本理化性质及结构特征,研究其对水环境中典型ATs四环素（tetracycline, TC）光降解过程的影响,探究关键水环境条件的影响. 结果表明,随着HTT升高,两类DBC的有机碳含量呈先升高后降低趋势,平均分子量呈先降低后增加趋势;芳香性官能团含量增加,芳香性增强,腐殖酸和富里酸类物质含量升高. 所有DBC均促进了TC的光降解（16.3%—97.0%）,促进效果随HTT的升高而呈上升趋势. HTT相同时,芦竹DBC对TC光降解的促进效果高于芦苇DBC. 水环境中常见阴离子（NO₃⁻、HCO₃⁻、SO₄²⁻、Cl⁻）及阳离子（Fe³⁺、Ca²⁺）均在不同程度上抑制了TC的光降解;碱性（pH 7—11）环境中DBC对TC光降解的促进作用强于酸性（pH 3—5）环境. 活性中间体猝灭实验表明DBC对TC光降解的促进作用主要由三重激发态DBC（³DBC*）主导. 本研究拓展了人们对水环境中DBC环境行为及其对共存ATs归趋的理解,为水环境中ATs环境过程和生态风险的预测提供了理论依据.     

Photoinduced degradation of sulfonamides,kinetic, and structural characterization of transformation products and assessment of environmental toxicity

This study focuses on the degradation of the sulfonamide antibiotics, sulfadiazine, sulfamethazine, sulfamethoxazole, and sulfathiazole, using ultraviolet irradiation in various conditions. Different pHs were investigated in combination with the addition of hydrogen peroxide and further oxygen removal. High-performance liquid chromatography electrospray ionization ion-trap mass spectrometry was used to identify and elucidate degradation products and to establish concentration–time curves. Previously unknown degradation products could be characterized. Reaction rate constants of all compounds and transformation products were determined. The parent sulfonamides decayed according to first-order kinetics, while the concentrations of the transformation products varied with time according to a subsequent reaction of an intermediate product. Quantum efficiencies were analyzed for mechanistic purposes. As example, sulfamethoxazole was added to effluents from a wastewater treatment plant and irradiated. Phototoxicity and environmental hazard were assessed through quantitative structure-activity relationship computations. In addition, the minimal inhibition concentrations were determined for Pseudomonas fluorescens and Bacillus subtilis. Conclusions for UV-C irradiation as a fourth purification wastewater treatment stage were derived.