不同浓度的碳源对辽河沉积物中p,p＇-DDT 缺氧脱氯降解影响研究

赵慧敏 陈景文 全燮 杨凤林 严佳
大连理工大学环境科学与工程学院

　　前　言：

　　虽然DDT(主要是p,p＇-DDT--2,2-二（对-氯苯基）-1,1,1-三氯乙烷)是一种廉价高效的合成杀虫剂，但是研究表明它和它的代谢产物是内分泌干扰物^[1-2]。由于它在环境中理化性质非常稳定，易在水沉积物中积累，难分解，使得在地球的任何角落都可以发现DDT的踪迹^[2，3]，因此美国环境保护总局将其列入优先控制污染物名单中^[4]。
　　实测表明，辽河水沉积物经常处于缺氧状态。不同的外加碳源对p,p＇-DDT在辽河沉积物中的缺氧生物降解行为的影响不同^[5]，而本文采用了不同浓度的碳源，旨在寻找合适的碳源浓度，改善p,p＇-DDT的生物降解性，为环境的生物修复提供科学依据。

　　研究方法：

　　在100ml磨口三角瓶中依次加入11ml去离子水，2ml无机盐溶液（K₂HPO₄和KH₂HPO₄均为0.0022mol/L， MgSO4·7H2O为0.0002mol/L），0－5ml 0.5mol/L的碳源物质（丙酸钠或乳酸钠）溶液，用相应体积的去离子水控制所有瓶内的液体体积相等。然后准确加入20μl 500mg/L的p,p＇-DDT异辛烷溶液，10.0g沉积物，则每个三角瓶内p,p＇-DDT浓度为1μg/g，加入10ml接种菌液(接种污泥取自大连金州某堆粪池，用时按接种污泥：去离子水=1：10（质量比）稀释，搅拌均匀后静置0.5h，则上清液搅拌均匀后为接种菌液。)。将三角瓶常温下置于恒温摇床上振荡2h（摇速为200r/min），然后连续吹入氮气5min（N2出口压力为0.65MPa ），立即加塞，用聚四氟乙烯生料带密封，置于恒温培养箱（温度22±1℃）中培养。定期取样分析。
　　将待测样品（两个平行样）中加入40ml有机萃取剂（石油醚 ：丙酮 = 1 ：1，体积比），在恒温摇床上室温振荡2h（摇速为200r/min），然后超声萃取0.5h，离心分离15min（转速为6000r/min），将上清液用去离子水萃取二次。有机相经无水硫酸钠脱水后定容至50ml，用HP6890GC气相色谱仪和HP6890GC-MS仪进行定量、定性分析。
　　HP6890气相色谱仪和HP6890GC-MS的操作条件为：采用不分流进样；载气为He；气化室温度为250℃；炉温采用程序升温；检测器温度为350℃。进样量1μl。

　　结果与讨论：

　　本实验中对沉积物中DDT的提取采用超声波萃取法代替了传统的索氏提取法。该方法具有较好的稳定性和可靠性，并且节约时间和溶剂。5次平均的回收率为84.6%，标准偏差为2.2%，相对标准偏差为2.0%，能够满足试验的要求。
1．不同浓度的丙酸钠对p,p＇-DDT缺氧脱氯的影响

表1.不同浓度丙酸钠对辽河沉积物中p,p＇-DDT生物缺氧脱氯的影响 外加丙酸钠体积（ml） 准一级反应动力学方程* 相关系数R2 0 y=-0.0082x+7.0916 0.9678 0.5 y=-0.0111x+6.9078 0.8969 2 y=-0.0355x+6.9078 0.9454 3 y=-0.0411x+6.9078 0.7702 5 y=-0.1023x+7.1512 0.9638

y--DDT残余浓度的自然对数；x--时间，天。

　　试验结果表明，辽河沉积物中p,p＇-DDT的在外加丙酸钠的情况下，缺氧降解均符合准一级反应动力学（在α<0.05的水平下显著），其缺氧降解速率分别为：k0=0.0082d-1，k0.5=0.0111d-1，k2=0.0355d-1，k3=0.0411d-1，k5=0.1023d-1，详细结果见表1。
　　由实验结果可以看出，外加丙酸钠可以明显促进p,p＇-DDT在辽河沉积物中的缺氧生物降解，在外加丙酸钠体积为0－5ml的试验条件下，以外加5ml的结果最好，比不外加碳源的情况提高了10倍以上，p,p＇-DDT的缺氧降解过程中浓度的变化见图1。可以认为体系中的微生物在利用较易降解的外加碳源物质为初级能源物质进行生长代谢的同时，代谢了沉积物中的p,p＇-DDT，从而提高了p,p＇-DDT的缺氧降解性。同时，从图1可以看出外加碳源浓度的重要性，外加5ml丙酸钠可以提供充足的初级能源，使p,p＇-DDT的缺氧降解的速度一直较快；而外加丙酸钠小于5ml的情况下，可能由于一段时间后初级能源物质的不足，后续的p,p＇-DDT降解有所减慢，从而整个过程的p,p＇-DDT生物脱氯降解速率小。
2．不同浓度的乳酸钠对p,p＇-DDT缺氧脱氯的影响
　　试验结果表明，辽河沉积物中p,p＇-DDT的在外加乳酸钠的情况下，缺氧降解均符合准一级反应动力学（在α<0.05的水平下显著），其缺氧降解速率分别为：k0=0.0082d-1，k3=0.0561d-1，k5=0.0917d-1，详细结果见表2。可见，不同浓度的乳酸钠对辽河沉积物中p,p＇-DDT的缺氧脱氯的影响与丙酸钠相似。而在同样加入5ml的情况下，丙酸钠的效果较好。

表2.不同浓度乳酸钠对辽河沉积物中p,p＇-DDT生物缺氧脱氯的影响 外加乳酸钠体积（ml） 准一级反应动力学方程* 相关系数R2 0 y=-0.0082x+7.0916 0.9678 3 y=-0.0561x+6.9078 0.8047 5 y=-0.0917x+6.6730 0.8780

y--DDT残余浓度的自然对数；x--时间，天。

3． 反应产物
　　根据GC-MS的鉴定结果，无论采用何种外加碳源，不论其浓度如何，p,p＇-DDT在辽河沉积物中缺氧生物降解的产物都是p,p＇-DDD和p,p＇-DDE，其中生成的p,p＇-DDD较多，并且在p,p＇-DDT降解的后期，p,p＇-DDD开始略有降解。

结　论：

　　（1）在缺氧情况下，辽河沉积物中p,p＇-DDT还原脱氯行为遵循准一级反应动力学。在外加碳源（丙酸钠和乳酸钠）0－5ml的试验范围内，所加入的碳源浓度越大，辽河沉积物中的p,p＇-DDT还原脱氯速度越快；在同样加入5ml碳源的情况下，外加丙酸钠的效果较显著。
　　（2）辽河沉积物中p,p＇-DDT的缺氧降解的主要产物是p,p＇-DDD，并产生少量的p,p＇-DDE；p,p＇-DDD在p,p＇-DDT的缺氧降解的后期发生降解。

参考文献：

　　[1] Smith A G. How toxic is DDT[J]? The Lancet, 2000, 356(6): 267-268.
　　[2] Fedorov L A. Pesistent organic chemicals in the former Soviet Union[J]. Environmental Pollution, 1999, 105(3): 283-287.