斜生栅藻对苯胺的降解作用研究

闫 海、潘 纲、梁培亮
中国科学院生态环境研究中心国家重点环境水化学实验室，北京100085

前　言：

　　作为一种广泛使用的工业原料，苯胺是工业排放废水的一种主要成分。苯胺可导致人类患膀胱癌，我国和德国都已将苯胺列入优先控制的有毒有机化合物之一。某些具备的兼性化能有机营养功能的藻类可以对有机污染物进行直接的降解。据报道棕鞭藻（O. danica ）可以将酚类化合物作为其生长的唯一碳源进行异养降解。Yan等提出了由藻生物量和生长速度共同决定降解速度的藻类降解有机污染物动力学方程 (-dC/dt = K N r)。但在藻类降解有机污染物的活性调节研究方面却很少见有文献报道。

研究方法：

　　实验材料与方法：斜生栅藻 (Scenedesmus obliqnus) 购自中国科学院武汉水生生物研究所。苯胺，分析纯，北京昌平石鹰化学试剂厂生产。培养基中苯胺的初始浓度为100 ppm，培养物初始光密度（OD650nm）为0.010。用NaHCO3配制成不同初始无机碳浓度（IC）的培养基进行实验。

实验条件：

　　实验所用容器为100 ml玻璃三角瓶，培养量为30 ml。实验温度24±2℃，12 h光照黑暗循环，光照强度3000 lux 左右。

检测指标：

　　用分光光度计在650nm下测定藻液光密度(OD650nm)以示藻类的生长。用pH计直接测定培养物的pH。用TOC仪(Tekmer Dohrmann-Apollo 9000)进行无机碳浓度的测定。用HPLC对苯胺浓度进行定量测定。
结果与讨论：虽然氯化铵作为氮源可以非常明显地促进斜生栅藻的生长，但是氯化铵的存在却强烈抑制了斜生栅藻对苯胺的降解(图1)。随初始IC的增加，斜生栅藻的指数生长期被推迟(图2)。图3显示斜生栅藻对苯胺的降解速度反而因初始IC的升高而减慢。图4表明在不同初始IC情况下，IC不仅没有随着藻类的生长而减少而且还略有增加，在实验进行到从第5天到第6天时，IC才有明显的降低趋势。用藻类降解有机污染物的动力学方程-dC/dt=KNr将N用OD650nm代替后两边积分得到：C＝-0.5 K OD650nm² + C0。用实测的苯胺浓度与OD650nm的平方进行线性回归，可分别得到苯胺浓度与OD650nm平方之间的线性关系（见1－3式）。结果表明在初始IC为1.1 mg/l下，二级反应动力学常数K达到最大为7420，因此说明在低IC初始时斜生栅藻对苯胺的降解比活性最高。
　　C = -3710.2 OD650nm² + 93.492 R² = 0.9361　(1)
　　C = -2650.1 OD650nm² + 100.23 R² = 0.9981　(2)
　　C = -1068.6 OD650nm² + 93.724 R² = 0.9689　(3)
　　在苯胺作为斜生栅藻生长唯一氮源可高效提高斜生栅藻对苯胺的降解能力，但氯化铵的存在抑制藻类对苯胺的降解活性（图1）。虽然蛋白核小球藻对苯胺同样有降解能力，但苯胺不能作为支持蛋白核小球藻生长的唯一氮源，由此说明不同藻类在降解苯胺的途径和能力方面存在差异。苯胺的分子式为C6H5NH2,其碳氮比为100:19,这一比例与藻类细胞中的碳氮比100：15比较接近，因此在斜生栅藻对苯胺进行降解过程中并不需要加入大量的IC作为其生长的碳源，过量IC的供给不仅无助于藻类的生长和对苯胺的降解，相反还会在一定程度上起到负面的作用（图2和3）。在苯胺的降解途径中很可能有二氧化碳的产生，因为在苯胺降解速度最快的阶段培养物中的IC都略有增加（图4）。采用我们所提出的藻类降解有机污染物的动力学方程（-dC/dt＝KNr）可以较好地拟合斜生栅藻对苯胺的降解过程，相关系数均在0.9以上。二级降解反应动力学常数K在低初始IC时最大，说明此时斜生栅藻对苯胺进行降解反应的速度最快，此实验条件是控制斜生栅藻对苯胺进行高效降解的一种优化方法。
国家自然科学基金资助项目（39870133）

结　论：

　　1、斜生栅藻具备对苯胺的降解能力，在苯胺作为斜生栅藻生长唯一氮源情况下可大大提高降解速度。
　　2、在苯胺作为唯一氮源时，随初始IC的增加不仅抑制并推迟斜生栅藻指数生长期的作用加强，而且导致斜生栅藻对苯胺降解速度的降低。
　　3、采用我们所提出的藻类降解有机污染物的动力学方程可以较好地拟合斜生栅藻对苯胺的降解过程，二级降解反应动力学常数K在低初始IC时最大，说明此时斜生栅藻对苯胺降解的比活性最大，同时也说明用苯胺作为唯一氮源和低初始IC时是控制斜生栅藻对苯胺进行高效降解的一种优化控制方法。