生物降解是天然水体中有机污染物自然衰减过程中的一个重要作用机制,其主要原因在于微生物分泌释放的酶。过氧化物酶(POD),作为一类重要的生物酶,广泛分布于自然环境,具有很强的氧化能力,能够催化氧化酚类、胺类、多环芳烃等多种有机污染物。胞外POD在天然水体中普遍存在,通常来自于完整活细胞的分泌、细胞损坏和病毒裂解后的释放,以自由态溶解于水中或吸附于碎屑颗粒、有机胶体、腐殖质络合物和悬浮矿物质等的表面。光化学转化是物质在自然界中发生的重要过程之一,对物质的转化和归趋有着极其重要的影响。天然水体中有机污染物的多种环境过程是同时发生,同时进行的。深入研究和探索自然光和胞外POD共同降解有机污染物的作用机制,不仅可以拓展对天然水环境中有机污染物迁移转化过程的认识,也可以丰富水环境化学的基本理论,改进污染物归趋模型,并为有机污染物的生态风险评价和管理提供科学支撑。本论文选取天然水体中常见的两类典型内分泌干扰物消毒剂类三氯生(triclosan,TCS)和固醇类雌激素 17β-雌二醇(17β-estradiol,E2)和 17α-乙炔基雌二醇(17α-ethinylestradiol,EE2)为代表性目标污染物,以大豆过氧化物酶(SBP)和辣根过氧化物酶(HRP)作为POD的代表,考察自然光照下腐殖酸、富里酸等不同组分的腐殖质及其模型化合物生成H202的动力学和其对污染物降解影响的机制;分析自然光照下水中POD氧化目标物的反应动力学,鉴定转化产物结构,推测转化路径,揭示转化机理,并区分光化学降解和酶催化氧化的贡献;同时比较POD和天然水体中常见环境因子如腐殖质、过渡金属三价铁离子和无机阴离子硝酸根对此过程的影响,评估光照下HRP对水中污染物环境归趋的影响程度。本论文的主要研究结果如下:(1)研究无光照条件下SBP和HRP对TCS的催化氧化去除以及水体中常见组分天然有机质(NOM)对反应过程的影响。结果表明溶液pH、H2O2浓度和酶活剂量能显著地影响SBP对TCS的去除效率,测定最佳pH为7.0,最优H202浓度为8 μM。在此条件下,增加酶活剂量能够明显地提高TCS的去除率。0.1 U mL-1 SBP在30 min能去除98%的TCS,而用HRP达到相同去除率需要0.3 U mL-1的剂量,说明SBP能够更有效地氧化TCS,对酶催化动力学参数KCAT和KCAT/KM的比较表明SBP催化氧化TCS的KCAT和KCAT/KM均高于HRP。比较SBP和其他常用氧化酶对TCS的催化性能,可以看出SBP催化去除TCS的能力更好。NOM的存在显著地抑制SBP对TCS的去除效率,原因是NOM充当了 SBP的活性底物,并且与TCS竞争SBP的结合位点。SBP催化氧化TCS遵循经典的POD催化机理,通过TCS酚类部分的邻位和对位的C-C和C-O自由基耦合途径生成聚合产物。NOM的存在显著降低了 TCS自我耦合产物的含量,并阻止低聚产物向高聚产物的转化,是因为NOM参与了 SBP催化氧化反应过程,并和TCS发生交叉耦合反应。斜生栅藻的生长抑制实验证明了经酶处理后TCS溶液毒性降低。(2)考察模拟太阳光照射下不同来源或不同组分的腐殖质和对苯二酚、水杨酸、香草醛、2,5-二羟基-1,4对苯醌等含有活性官能团的多种腐殖质模型化合物对过氧化物酶-莨菪亭荧光衰减法测定水中微量H202的影响及其生成H202的动力学。结果表明茛菪亭-过氧化物酶荧光衰减法测定水中H202会受到水中腐殖质和多种天然腐殖质化合物的影响。这些化合物的存在均抑制H202的准确定量,但抑制程度各有差异,对腐殖质而言,这可能与其来源和组分有关;对于天然小分子化合物而言,这可能与其含有的羟基、羧基、氨基等活性官能团的种类、数目和位置相关。建立多种天然腐殖质化合物的量子化学参数与其对H2O2测定的抑制速率之间的定量结构-活性关系模型,相关系数R2为0.785,交叉验证相关系数q2为0.638,使用标准t检验和方差分析对所得模型进行了检验,结果表明相关模型具有显著统计意义和良好的稳健性。模型表明化合物对H202测定的抑制速率与化合物的最高占有轨道能量(EHOMO)和最正氢原子净电荷(qH+)成正相关,与标准焓(H)和分子体积(V)成负相关,说明抑制速率与化合物的电子传递能力、化合物的疏水性和稳定性有密切关系。不同来源或不同形式的腐殖质和部分天然腐殖质化合物在模拟太阳光照射下均能产生H202。对于腐殖质而言,不同腐殖质生成H202速率差异不大,基本都在十几nM min-1,总体上腐殖酸生成H202速率略快于富里酸;而部分天然腐殖质化合物产生H202的速率差异较大,浓度范围为<1到66 nM min-1,生成H202速率最快的化合物为2,5-二羟基-1,4-对苯醌和3,5-二羟基苯甲酸,最慢的为苯酚、苯甲酸和对氨基苯甲酸。(3)探索自然光和胞外HRP对含腐殖质水体中雌激素的降解行为。证实了在包含腐殖质和POD的水体中存在E2的光-酶协同降解过程,由腐殖质光化学生成的H202能够被POD利用去除雌激素。与直接光解相比,间接光解和酶转化的联合过程是E2降解的主要途径,其中酶转化对E2降解的贡献和间接光解的贡献相当。进一步考察环境浓度E2在实际太阳光照下的降解情况,发现有活性的HRP明显促进E2的降解。与含有E2和来自Suwannee河的HA(SRHA)生成的大量羟基化产物相比,含有E2、HRP和SRHA体系中生成了少量的羟基化产物和几个新二聚产物,表明了 HRP的存在强烈的影响了 E2的降解途径。(4)探索模拟太阳光和HRP对无腐殖质水体中两种雌激素E2和EE2的降解行为。结果表明,HRP的存在能够明显促进雌激素的降解,且促进作用随酶活的增大而增大,但失活的HRP对雌激素的降解没有明显作用。推测是因为雌激素在直接光解过程中发生自敏化生成多种活性氧种类如单线态氧和超氧负离子作用于HRP,启动了酶活,引起了 HRP对雌激素的酶转化过程,在含HRP体系中检测到HRP催化氧化雌激素生成的聚合产物,证实了上述推测。HRP对雌激素降解的促进效率高于相同条件下常见环境因子腐殖质和铁离子的促进效率,但弱于NO3-的促进效率。