2. 华东师范大学 上海市城市化生态过程与生态恢复重点实验室, 上海 200241
2. Shanghai Key Laboratory for Urban Ecological Processes and Eco-Restoration, East China Normal University, 200241, China
表面活性剂是一类具有润湿、乳化、增溶、洗涤、防腐、杀菌等作用, 并广泛用于工业、农业和日用品的化工产品[1-2].据统计, 2015年我国表面活性剂产量为214.8万t, 其中阴离子表面活性剂产量为93.64万t, 而直链烷基苯磺酸钠(LAS)约占阴离子表面活性剂产量的41%[3].阴离子表面活性剂(LAS)的使用给人类社会带来便利的同时也给地球环境带来一定的危害.
当阴离子表面活性剂(LAS)进入水体后, 易产生泡沫阻碍水气交换, 影响水体复氧、降低溶解氧, 影响水体自净能力, 使水体污染加重[4].一定浓度的LAS会对生物的生长产生影响, 低浓度的LAS会刺激亚硝化细菌生长, 浓度过高时抑制亚硝化细菌生长[5].当水体LAS浓度达到100 mg/L时, 会严重抑制厌氧氨氧化菌(ANAMMOX)的活性, 导致其脱氮速率降低[6]. LAS在土壤中的矿化度会对微生物分布产生影响, 微生物数量随LAS矿化度下降而下降[7]. LAS不仅能引起植物体内多种酶(SOD等)活性降低, 而且还导致水生动物器官不同程度损伤甚至导致水生动物死亡[5, 8-11].在水生环境中, LAS的去除主要包括微生物去除和水体中悬浮颗粒和沉积物的吸附.其中, 微生物降解是主要的去除途径; 在有氧条件下, 微生物首先利用体内酶(加氧酶、脱氢酶等)使烷基链断裂, 然后是苯环开裂和脱磺酸的过程[12-14].近年来, 国内外学者对LAS的生物降解做了大量研究, 主要分为: ①利用高效降解菌株降解LAS[15-16]; ②自然水体中LAS的生物降解等[17-21].这些研究主要集中在富营养化湖泊及一般河流, 而针对城市河道黑臭水体中的LAS生物降解性能的研究鲜有耳闻[17-18].
本文以李湾河为研究对象, 在实验室条件下分析不同环境因子对LAS生物降解的影响, 旨在了解城市黑臭河道内LAS生物降解规律, 为治理黑臭河道的LAS提供理论依据.
1 材料与分析方法本实验采用"river-die away"方法[21-23], 该方法是指在不同的实验条件下, 向采集的水体中添加待降解的受试物质, 探讨和分析该物质在水体中的生物降解规律[17].于2018年4月日采集上海市普陀区李湾河(采样点位于河中段)表层0
李湾河是上海市普陀区内一条城市内河, 全长264 m、宽约7 m、水深约1 m、流域面积约1 869 m
由图 1可知, 温度(
一般情况下, 水体pH值变化会对微生物产生很大影响.不仅影响微生物核酸、胞外聚合酶等物质性质, 影响活性; 而且引起细胞膜表面所带电荷的变化, 影响细胞对外界营养物质吸收能力的变化; 此外, 还会影响水体中某些化合物的离子化状态和进出细胞的状况, 从而促进或抑制微生物的新陈代谢[28-29].本实验中, 表面活性剂在pH值为8.5
LAS的初始浓度会对LAS生物降解产生一定影响(见图 3).随着LAS浓度的增大, 降解LAS的效率会随之减小, 因为高浓度LAS对微生物的生长产生抑制[27].有研究表明当LAS浓度超过10 mg/L时, 会对微生物产生一定毒害作用[17].当初始浓度达到11.10 mg/L时, 实验组存在明显的降解缓慢期, 但缓慢期较短.可能由于李湾河常年受纳含LAS的污水, 使得微生物耐受性增强.此外, 在试验第2
在黑臭水体中探讨碳源对LAS生物降解的影响是十分必要的.在培养温度为20℃、pH值为7.5
曝气是城市黑臭河道水体修复的重要手段之一, 曝气不仅可以提高水体DO含量, 还可以增加水体扰动, 增强微生物呼吸作用和提高降解LAS酶的活性[31].水体中LAS的生物降解是以好氧降解为主, 因为对LAS烷基活化作用的
利用SPSS 19.0分析LAS生物降解与环境因子之间的相关性(见表 2).结果显示LAS与初始浓度成显著正相关(p < 0.01), 与曝气成显著负相关(p < 0.01), 而与pH值无显著相关, 这与之前实验结果一致.此外, 曝气与温度和pH成显著正相关(p < 0.05), 而pH值与碳源成负相关(p < 0.01), 均具有统计学意义.但是LAS与温度无显著相关却无法解释, 因为实验中LAS的生物降解速率随温度上升而升高(见图 1).
不同的环境因子对李湾河黑臭水体中的LAS生物降解产生一定的影响, 由实验可知, 温度越高, LAS生物降解速率越快.当温度由10℃升到30℃, LAS降解半衰期由6.5 d减少到2.5 d. pH值为8.5±0.2时的降解速率略优于pH值为7.5±0.2时的降解速率, 半衰期降至1.4 d, 而pH值为9.5±0.2时的降解速率受到抑制.曝气对李湾河黑臭水体中LAS降解产生重要影响, 曝气后LAS降解速率加快, 半衰期降至1.4 d, 增加曝气能促进LAS降解.此外, LAS初始浓度、碳源条件也会对LAS生物降解产生影响, 当初始浓度由3.33 mg/L增至11.10 mg/L时, 降解半衰期由2.9 d增至3.4 d.当水体中有过多碳源时, 会明显抑制LAS生物降解(半衰期增至9 d).由Pearson相关性分析可知LAS与曝气和初始浓度显著相关, 而与pH值相关性不显著.
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