AQDS与柠檬酸对红壤性水稻土中DDT还原脱氯降解的交互作用

论文总字数：16236字

目 录

摘要 1

Abstract 2

引言 3

1材料与方法 4

1.1供试土壤理化性质与污染土的制备 4

1.2 试验设计 4

1.3 分析方法 4

1.4 质量控制与数据分析 5

2 结果与讨论 5

2.1 Eh的变化 5

2.2 Fe（Ⅱ）含量的变化 6

2.3 CH₄生成速率的变化 7

2.4泥浆体系中DDT可提取态残留量的变化规律 8

2.5 土壤中DDT脱氯产物的生成动态 9

3 结论 13

参考文献 13

致谢 15

AQDS与柠檬酸对红壤性水稻土中DDT还原脱氯降解的交互作用

罗雪顶

, China

Abstract: Electron shuttle has an important influence on the electron transfer and the growth of the iron reducing bacteria which has the function of removing chlorine, and then influences the reduction and removal of chlorinated persistent organic pollutants (POPs) in Hydragric Acrisols, such as the dechlorination of 1,1,1-trichoro-2,2-bis (p-chlorophenyl) ethane (DDT). Slurry incubation was conducted to study the interaction of citric acid and anthraquinone-2,6-disulfonic acid (AQDS) on the dechlorination of DDT with the following five treatments: (1) sterilization control; (2) control; (3) citric acid; (4) the AQDS; (5) citric acid AQDS. After 20 days of anaerobic incubation, the DDT content of the sterilization control was reduced by 30.12%, while it of the other four treatments was reduced by 78.89%-92.08%. 1,1-dichloro-2,2-bis (4-chlorophenyl) ethane (DDD) was detected as the main dechlorination product of DDT. The production rate of methane increased at first, and then decreased while the degradation rate of DDT increased for the addition of citric acid. The Eh value of the slurry system decreased after the addition of AQDS, and the presence of AQDS promoted the reduction from Fe (Ⅲ) to Fe (Ⅱ), and the effective electron donor Fe (Ⅱ) enhanced the reduction of DDT. Citric acid AQDS had the most significant effect on accelerating the degradation of DDT, whereas citric acid and AQDS had no significant interaction.

Key words: DDT; anthraquinone-2,6-disulfonic acid (AQDS); reductive dechlorination; electron transfer引言

上世纪广泛使用的2，2-双（4-氯苯基）-1，1，1-三氯乙烷（DDT）是持久性的有机污染物（POPs）之一，具有高残留性和持久性，由于近年来三氯杀螨醇（含有DDT）的大量使用，导致目前我国许多地区农田中仍可检出DDT，且有些地区的残留较严重^[1-4]。DDT在土壤中的含量远远高于空气和水体的主要原因就是DDT的亲脂性，它一旦进入到土壤中就会被土壤中的有机组分吸附，再迁移到其它介质中就比较难。土壤是农作物的根本所在，土壤中的DDT同时也能被农作物吸收，因此会危害到农产品的质量安全。如何解决这一土壤环境污染问题成为我们面临的一大问题。

POPs环境修复技术可分为原位和异位修复技术。对中国大范围的DDT污染农田的修复，原位生物降解无疑是最主要的净化土壤的方式^[3]。DDT含有较多的氯取代基，氯原子吸收电子的能力较强，因而很难被好氧微生物氧化降解，相反若是在厌氧条件下，容易被厌氧微生物还原降解。在厌氧条件下，由还原剂提供电子经厌氧微生物供给DDT，使其得到电子脱去氯取代基^[5]。当DDT发生还原脱氯反应后，其毒性和持久性会大大降低，然后会进一步被好氧微生物氧化降解直至矿化，从而达到彻底降解DDT的目的^[6]。

此次研究的土壤为红壤性水稻土，其中大量的铁氧化物对有机氯污染物的还原脱氯降解起着重要作用^[7]。铁还原细菌使Fe（Ⅲ）得到电子还原为Fe（Ⅱ），Fe（Ⅱ）可以作为电子供体传递电子给氯代有机物促使其完成还原脱氯反应。而且，研究表明一些铁还原微生物能够参与氯代POPs的还原脱氯降解。因此，红壤性水稻土中铁氧化物的转化过程将会影响DDT还原脱氯降解。

在含氯有机物的还原脱氯的过程中电子转移是非常关键的一步，当电子供体存在时，电子穿梭体就显得尤为重要。厌氧条件下微生物将电子传递给胞外电子受体的现象非常普遍，电子穿梭体（electron shuttle, ES）是介导胞外电子传递过程的重要途径之一，但其具体的机制尚未明晰。ES介导微生物胞外电子传递的基本过程为：氧化态电子穿梭体接受电子变成还原态，还原态电子穿梭体传递电子给胞外电子受体,自身再次氧化成氧化态，从而循环往复^[8]。腐殖质在土壤中是比较复杂的有机质，它对土壤中氧化还原反应过程中起到重要作用，并且腐殖质分子中醌类基团能够作为胞外电子受体^[9]。许多研究表明，腐殖质既有接受电子能力也有提供电子的能力^[10,11]，因而能够作为电子穿梭体加速微生物对矿物、有机污染物的还原转化，这种电子穿梭能力主要得益于醌、酚等官能团的存在，尤其是醌基团在电子传递中起到了重要的作用^[12]。由于腐殖质结构复杂，实验室用同类物蒽醌-2，6-二磺酸盐（anthraquinone-2，6-disulfonate，AQDS）代替进行研究，大量研究证实，AQDS能够起到电子穿梭体的作用，在微生物和电子供体/电子受体之间传递电子^[13,14]。

柠檬酸是含有六个碳的有机酸，分子式是C₆H₈O₇，在人们生活和自然界中广泛存在，柠檬酸在常温下就较容易分解，且无毒。工业生产上常用淀粉和葡萄糖等含糖物质发酵制得柠檬酸，之前国内外有学者研究出柠檬酸对土壤中重金属的解吸有着重要的影响，而柠檬酸是不是对土壤中另一大污染物-含氯有机物是不是也有着良性影响，这一方面鲜有报导。柠檬酸在厌氧环境中会产生更小分子的酸，而含氯有机物的脱氯还原也需要还原性物质提供电子。

本研究模拟泥浆工艺进行厌氧培养实验，选择红壤性水稻土作为供试土壤，拟采用腐殖酸类似物AQDS作为电子传递体，柠檬酸作为电子供体基质，探索二者交互作用对反应体系中DDT还原脱氯降解的作用；通过分析体系中DDT及其脱氯产物浓度变化以及Fe（Ⅲ）还原生成具有脱氯功能的Fe（Ⅱ）动态、CH₄生成动态、泥浆体系pH/Eh变化动态，建立各影响因素与DDT还原脱氯降解之间的量化消长关系，揭示AQDS和柠檬酸交互作用对DDT还原脱氯降解的影响机理。

1　材料与方法

1.1　供试土壤理化性质

供试土样为江西省鹰潭地区的红壤性水稻土（28°12′N，116°55′E），取0～20 cm表层土，风干后，过2 mm筛备用。

表1供试土壤理化性质

1.2　试验设计

 本研究采用泥浆培养实验，反应器为100 mL配有密封垫的棕色储液瓶。每瓶泥浆中含5 g土壤和50 mL浓度为50 mmol/L的哌嗪-1，4-二乙磺酸（PIPES）溶液。根据实验用量，称取100 mg DDT完全溶解于100 mL丙酮。每瓶泥浆加入2 mL DDT的丙酮溶液。由于土壤对DDT的吸持作用以及分析过程中DDT的损失，气相色谱检测到泥浆中DDT的初始浓度为80.1 μmol L^-1。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：16236字

相关图片展示：