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人类社会进入工业革命以来,随着化石燃料的使用,有毒有机污染物的排放愈加严重,其危害影响越来越受到大众的关注。多环芳烃作为一类具有致癌、致畸、致突变作用的有毒有机污染物,已成为近些年的研究热点。近年来研究表明,多环芳烃(PAHs)可以通过大气干湿沉降、地表径流、石油污染等多种方式进入养殖水体。滩涂红树林种植——养殖耦合系统由于具有净化水体、提高水产品产量、改善养殖生态环境等诸多优势,被认为是一种具有广阔研究和发展前景的新型生态养殖模式。已有的研究证实:红树林对PAHs具有较强的吸收和蓄积作用,因此滩涂红树林种植——养殖耦合系统可能存在多环芳烃污染生态风险。沉积物是疏水性有机污染物的主要蓄积体,它对PAHs的吸附降解作用直接影响到多环芳烃在系统中的迁移、转化方向。因此,本论文以海上田园滩涂红树林——养殖耦合系统为研究基地,选择14种优控PAHs作为研究对象,在实验室采用摇床培养实验模拟固、液两相同时存在时,模拟培养PAHs微生物降解过程以及沉积物吸附过程,从颗粒物含量、PAHs初始浓度等角度探讨了PAHs降解和吸附特性,主要获得了以下研究成果:
微生物降解实验
1.在实验进行40天后,系统PAHs含量达到稳定,在初始浓度为10ug/L的培养体系中,低环PAHs含量总量范围为0.138-3.668ug/L,中环PAHs含量总量范围为5.364-8.267ug/L;高环PAHs含量总量范围为7.649-8.633ug/L。
2.对培养体系中14种PAHs的降解效率的分析结果表明,降解效率从低环到高环逐渐下降;对于同一种多环芳烃而言,高浓度PAHs(10ug/L)培养体系中降解效率均大于低浓度(1ug/L)培养体系。
3.在颗粒物含量不同的体系中,随着体系中PAHs的逐渐降解,系统中细菌总数均呈现出先稍微下降,适应生长环境后又迅速上升,最后逐渐下降至稳定的规律,且高浓度PAHs在模拟开始时对体系中的微生物有明显的毒性抑制作用。
4、在同一体系中,PAHs降解速度常数均满足从低环到高环依次递减的规律,说明多环芳烃从低环到高环生物降解的活性越来越低;同时颗粒物可以有效促进微生物的生长,间接加强了PAHs的降解;且同一种PAHs在低浓度体系中的降解速率常数要明显高于高浓度体系。
沉积物吸附实验
1、研究结果表明越是低环的PAHs,越难被颗粒物吸附,沉积物吸附到达平衡所需要的时间越长;PAHs在沉积物上的吸附表现为较明显的非线性吸附;且随着PAHs环数的增加,吸附速率常数和吸附量增大,PAHs由水相向沉积物相吸附分配的趋势增强。
2、中、高环PAHs在高浓度PAHs模拟体系中,吸附平衡时间较短,平衡以后较稳定,而在低浓度体系中吸附平衡时间较长且易出现吸附解吸现象;低环PAHs在不同浓度体系中的吸附过程较相似,且平衡以后均容易出现吸附解吸现象。
3、沉积物含量并不影响同一PAHs到达吸附平衡所需的时间,单位质量颗粒物吸附量基本与颗粒物含量成反比关系。
以上结果表明,种植养殖耦合系统中高环PAHs易富集进入沉积物中发生积累,低环PAHs微生物降解较强,建议应当适当增加种植岛面积或增加红树林数量,充分利用微生物来降低低环PAHs的污染影响,同时加强高环PAHs的其他治理途径的研究。