摘要:利用“河水衰减法”研究了不同培养条件下阴离子表面活性剂las 在滇池典型入湖河口(海河口) 缺氧水体中的生物降解及其动力学,探讨了温度、ph 值、las 的初始浓度、添加营养盐(nh4cl 或nah2 po4 ) 以及曝气等因素对las 生物降解的影响.结果表明,在河口水体中的不同条件下,试验26 d 后las 的生物降解率都达95 %以上, 且降解服从二级动力学模型. 温度、las 的初始浓度、添加营养盐以及曝气均对las 的降解有一定的影响. 当水温从10 ℃增至25 ℃时,其降解速率p 从0.21 d- 1增至0.90 d- 1 ;在连续曝气时,las 的降解速率也由缺氧状态的0.72 d - 1提高至1.97 d- 1 ;las 的初始浓度增大,其降解速率减小;添加nah2 po4 能明显地促进las 的降解,但是nh4cl 对其降解产生抑制;不同ph 值(7.05～9.44) 对其降解影响不明显.

关键词:las;缺氧;生物降解;河口;滇池

中图分类号:x52 ; x13112 　文献标识码:a 　文章编号:0250-3301 (2008) 08-2189-06

biodegradation of las in the anaerobic water of a representative inlet of lake dianchi

wang zhi1 ,2 , tu xin-hai1 ,2 , xiao bang-ding1 , wu xing-qiang1 ,2 ,liu min1 ,2 ,chen xu-dong1

(1.institute of hydrobiology , chinese academy of sciences , wuhan 430072 , china ; 2.graduate university of chinese academy of sciences ,beijing 100049 , china)

abstract :biodegradation and degradation kinetics of anion-surfactant (las) in the anaerobic water of a representative inlet (haihe river) of lake dianchi under different incubation conditions were studied by the‘river die-away’test method. the influences of temperature , ph ,initial concentration of las , aeration condition and added nutrients (nh4cl or nah2 po4 ) on the biodegradation of las in the water were investigated. the results demonstrate that las can be biodegraded by microorganisms in the water and that the percentage of degradation of las was more than 95 % after 26 d. the biodegradation of las fit the second kinetic model. incubation temperature , initial concentration of las ,aeration and added nutrients (nh4cl or nah2 po4 ) can all affect the biodegradation of las. when the incubation temperature increased from 10 ℃to 25 ℃, the biodegradation rate ( p) of las increased from 0.21 d - 1 to 0.90 d - 1 . the las degradation rate increased from 0.72 d - 1 under anaerobic condition to 1.97 d- 1 under continuous aeration condition. the increased initial concentrations of las lead to decrease of the biodegradation rate. nah2 po4 accelerated the degradation of las but added nh4cl instead inhibited degradation. in our experiment , ph value (7.05-9.44) had little influence on the biodegradation of las.

key words :las; anaerobic ; biodegradation ; inlet ; lake dianchi

表面活性剂是一类品种多样、用途广泛的精细化工产品,在人们的生产生活等很多领域中都有着不可替代的作用. 经过50 多年的发展,特别是改革开放后20 多年的发展,我国表面活性剂工业发展迅速. 2002 年,我国表面活性剂的产量为157.2 万t[1 ] ,到2005 年其产量达到301.8 万t[2 ] ,其中直链烷基苯磺酸钠(linear alkylbenzene sulfonates , las) 是最主要的一类阴离子表面活性剂. 表面活性剂在造福人类的同时,也带来了一系列的环境问题,我国环境标准中将表面活性剂列为第二类污染物质. 表面活性剂进入自然水体,会造成水体起泡、产生毒性,且会降低水中的复氧速率和充氧程度,使水质变坏,影响水生生物的生存,使水体自净受阻. 它还能乳化水体中其他的污染物质,增大污染物质的浓度,阻碍其它污染物质的降解,造成间接污染. 此外,表面活性剂具有抑制和杀死微生物的作用,因此有关表面活性剂的降解愈来愈受到人们的重视[3～9 ] .

近些年来,滇池污染严重,国家的一些重大课题也在围绕滇池污染的防治工作展开,流入滇池的一些主要河道自然成了环境工作者们主要关注的对象. 海河为穿过昆明市郊后流入滇池的一条典型的河道,昆明市一部分生活及工业污水通过此河道流入滇池,河水发黑,常年散发着难闻的臭味. 海河水体中含有许多有毒化合物,其中含有大量的las ,经测定其含量为0.8～2.9 mgpl. 有关las 的生物降解,各国学者作了大量的研究,它们主要集中在:

①las 的结构与生物降解性的关系[10 ,11 ] ; ②利用驯化培养的高效菌株来降解废水中高浓度的las[12～14 ] ; ③ las 在水处理系统中的生物降解[15～17 ] . 除了quiroga 等[18 ,19 ] 对海水和河水中las的生物降解进行过动力学研究之外,很少有人研究自然水体中las 在不同条件下的生物降解. 本研究以海河入滇池河口缺氧水体为主要对象,分析了las 在此缺氧水体中不同环境条件下的生物降解及其动力学,并探讨了不同环境因素对其降解的影响,旨在了解las 在滇池典型入湖河口中的生物降解规律,从而为控制las 的排放和治理黑臭河道中的las 提供科学指导.

1 　生物降解动力模型

quiroga 等[18] 提出表面活性剂的降解模型为二级动力学模型,并以海水为对象在室内进行了模拟实验验证,perales 等[19] 也运用此二级动力学模型研究了河水中las 的生物降解. 该二级动力学模型为:

解(1) 式,得到表面活性剂浓度s 与时间t 的关系方程为:

其中:

式中, k2 为s2 的系数, k1 为s 的系数, k0 为常数,t 为降解时间(d) , s 为表面活性剂在时间t 时的浓度(mg/l) , s0 为表面活性剂的初始浓度(mg/l) , p为降解作用发生后微生物对表面活性剂的降解速率(d - 1 ) , q 为微生物不能利用的表面活性剂的浓度(mg/l) , h 为培养介质中微生物能利用的最大表面活性剂浓度(mg/l) .

2 　材料与方法

2. 1 　主要试剂及仪器

阴离子表面活性剂直链烷基苯磺酸钠(las)(国药集团, 分析纯) ,氯化铵(国药集团, 分析纯) ,磷酸二氢钠( 国药集团, 分析纯) , 高纯氮气( ≥99199 %) , 三氯甲烷(上海试剂六厂,分析纯) ,亚甲基蓝(分析纯) .

75-n 紫外可见分光光度计(上海精密科学仪器有限公司) ,spx 型智能生化培养箱(宁波东南仪器有限公司) .

2. 2 　实验方法

本生物降解实验采用“河水衰减法”,许多学者[3 ,18～21 ] 在研究有机物的生物降解时都采用此方法,该方法是在采集的水体中加入待降解的受试物质,控制不同的实验条件静置培养,并定期测定受试物质浓度,以探讨该受试物质在自然水体中的生物降解规律. 实验水样取自海河入滇池河口水体的表层(0～30 cm) 和底层(泥面以上0～30 cm) 混合水样,采样时间为2007-05-05 ,采集时水体主要理化特征为:水温19.6 ℃,ph = 8.22 ,do = 0.2 mgpl ,nh+4-n= 15.13 mgpl ,tn = 18.19 mgpl ,po3 -4-p = 0.68 mgpl ,tp = 2.18 mgpl ,las = 2.4 mgpl.

将水样充分混合均匀,过浮游植物网除去水体中少量的藻类及其它大颗粒悬浮杂质,滤液分装于1 l 细口玻璃瓶中,每个瓶中加入0.8 l 水样,之后添加不同剂量las 及改变其它条件. 实验中,为了更好地模拟实际情况,防止水样充入氧气,将试验组分配制后于液面下方连续充入高纯氮气5 min (n2的出口压力为0.65 mpa) 后,迅速加盖密封,置于生化培养箱中于不同温度下避光培养. 以后在取样时打开瓶盖后,迅速在瓶口下方液面上方连续吹入氮气以防止氧气进入.

在海河河口水体中,全年温度变化范围一般在9～25 ℃,ph 变化范围一般为7～9 ,水体常年处在缺氧状态,且nh+4-n 和po3 -4-p 含量比较高,因此试验设计了3 个培养温度10、20 和25 ℃, 3 个ph 值7.05、8.22 和9.44 , 并且添加足量的nh+4-n 和po3 -4-p模拟不同的环境条件. 为了考察不同的初始浓度及增大溶氧(曝气) 等对las 在河口水体中生物降解的影响,特设计了3 个初始浓度4.70、7.99和13.41 mg/l以及1 个曝气组. 实验中las 生物降解实验的培养条件详见表1. 实验中选择主要培养温度20 ℃,ph = 8.22 ,主要是因为采集水样时,水温19.6 ℃,ph = 8.22 ,这样使模拟实验更