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多环芳烃(PolycyclieAromaticHydrocarbons,PAHs)是一类具有三致效应的持久性污染物,在各种环境介质中广泛存在。在自然水体中多环芳烃主要以吸附态的形式存在于沉积相和悬浮颗粒相,且二者在一定条件下能发生相互转换。微生物降解则是多环芳烃从自然水体中去除的主要途径之一。因此,研究水体颗粒物对多环芳烃微生物降解的影响不仅能深化多环芳烃的归趋过程研究,而且能为水体多环芳烃污染的治理提供科学依据。
本研究选取菲作为多环芳烃的典型代表物质,以长江水体中驯化出来的农杆菌(Agrobacteriumradiobacter)作为菲的降解菌,通过对采自长江武汉段的同一颗粒物分别在375℃(去除无定形有机质)和600℃条件下灼烧(去除无定形有机质和黑碳)制备出不同性质的颗粒物,利用静态放射性示踪装置,比较了新鲜添加的菲在悬浮颗粒物与无颗粒物体系中的矿化作用,研究了不同悬浮颗粒物体系中(原始颗粒物,375℃颗粒物,600℃颗粒物)菲的微生物降解和矿化作用,分析了菲在不同性质颗粒物-水相微界面上的吸附-解吸-生物降解间的相互作用,探讨了14C-菲在不同体系中矿化差异的影响机理。获得的主要研究结果如下:
1)利用静态放射性示踪装置和相关实验方法能够很好的模拟农杆菌(Agrobacteriumradiobacter)l在不同体系中对菲的矿化,装置捕集14CO2的回收率达到了89%以上,具有实际操作的可行性。
2)在三种悬浮颗粒物体系中,农杆菌(Agrobacteriumradiobacter)在不到2天时间内降解了体系中90%以上的菲(初始浓度为0.35mg/L),其中三种不同颗粒物固相菲浓度总的趋势都是先升高后降低,液相菲浓度则迅速降低,1天半以后液相菲浓度不能检出。表明初始时刻吸附和降解占据主导作用,当液相菲浓度降低时,吸附态菲发生解吸作用,并得到降解。在生物降解的前6天内,体系微生物呈对数增长,三种颗粒物体系中微生物的数量差异不显著,这也是导致三种颗粒物体系中菲降解速率差异不大的主要原因。
3)与母体菲的消失速率相比,菲在三种颗粒物体系中的矿化存在明显的滞后期。培养26天后,原始颗粒物体系,375℃颗粒物体系和600℃颗粒物体系中菲的矿化率分别为34.64%,14.00%和29.40%。在三种不同颗粒物体系中,菲的矿化率,最大矿化速率,平均矿化速率和矿化动力学常数为:原始颗粒物和600℃颗粒物显著高于375℃颗粒物体系(p<0.05),其中前两者的一级矿化动力学常数均约为后者的3倍。在降解期间,375℃颗粒物体系和原始颗粒物体系中的微生物数量一直维持在较高水平,但由于375℃颗粒物中的有机碳为黑碳,其对有机污染物的不可逆吸附作用很强,菲降解的中间产物与黑碳结合后不容易发生解吸,导致菲的矿化作用最慢。
4)当体系存在悬浮颗粒物时,微生物对菲的矿化率要高于无颗粒物体系(p<0.05)。培养39天后,有颗粒物体系(4g/L原始颗粒物)中微生物矿化菲的平均速率为无颗粒物体系中的1.43倍,滞后期也比无颗粒物体系缩短了将近7h。电镜结果表明,微生物在原始颗粒物表面的一些凹槽和孔隙的地方出现了堆积。因此颗粒物能为微生物提供一个与碳源菲接触的界面,降解菌能吸附在颗粒物表面并进行增殖,从而显著提高了菲的矿化速率。