自然水体生物膜体系中活性氧的生成及其对典型有机污染物的降解

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自然水体生物膜是自然水体中的复杂的生物群落,对水环境中的有机污染物的迁移和转化具有重要的作用。而自然水体生物膜体系中的活性氧成分(Reactive Oxygen Species,ROS)是降解有机污染物的重要影响因素。十二烷基苯磺酸钠(Sodium Dodecyl Benzene Sulfonate,DBS)作为有机污染物的一种,具有无挥发、易测定、非持久性的特点,可以用作有机污染物的代表。本研究以过氧化氢(H2O2)为ROS的代表,采用单一变量法,研究不同影响因素,包括光照条件、生物膜数量、有机配体和p H值对自然水体生物膜体系中H2O2生成的影响。另外以过氧化氢酶(CAT)、异丙醇(IPA)、超氧化物歧化酶(SOD)、糠醇(FFA)分别为H2O2、羟基自由基(·OH)、超氧阴离子(·O2-)、单线态氧(1O2)的清除剂或淬灭剂,通过去除单个ROS间接得出所去除的ROS对DBS的降解作用。以香草醛缩苯胺、2-(2′-吡啶亚胺甲基)苯酚、An-Cy作为·OH、·O2-1O2的荧光探针,通过探针荧光强度的变化,研究不同清除剂或淬灭剂对不同ROS的去除效果。研究结果表明:在光照条件下的生物膜模拟实验体系中,H2O2浓度随着时间增加显著增加,开始的生成速度较快,随后逐渐趋于稳定;当体系从光照条件变为无光时,体系中H2O2含量呈下降趋势。生物膜体系为避光条件时,体系中的H2O2含量不为零,H2O2同样有生成和积累,但其浓度显著低于光照的体系。生物膜数量的增减会直接导致体系中H2O2浓度的相应增减。有机配体的存在使体系H2O2浓度显著下降。与p H=9相比,p H=7和5的体系中H2O2浓度更高。自然水体生物膜体系中的H2O2浓度主要由(1)生物膜生产H2O2、(2)H2O2自然分解和(3)生物膜去除H2O2三种作用共同决定。各因素主要通过影响这三种作用来影响生物膜体系中的H2O2浓度。在同时存在生物膜和光照的体系中,第一种作用往往是决定H2O2浓度及其变化的主导因素。在光照条件下的生物膜模拟实验体系中,H2O2、·OH、·O2-1O2四种ROS均存在,且本研究所选择的CAT、IPA、SOD、FFA可以有效去除生物膜体系中存在的H2O2、·OH、·O2-1O2。这四种ROS(H2O2、·OH、·O2-1O2)被清除前后体系中的DBS降解量不同,这表明它们对DBS的降解均有作用。在加入SOD的体系中,SOD歧化·O2-后生成H2O2和O2,体系中H2O2浓度和溶解氧升高,从而导致DBS的降解量增加。在加入CAT、IPA、FFA的体系中,去除了相应ROS,同时体系中的H2O2浓度因ROS间转化的平衡被打破而降低,体系中的DBS的降解量减少。在自然水体生物膜体系中DBS的降解是多种ROS共同作用的结果。H2O2因其较高的稳定浓度对DBS的降解起了主要作用,·OH、·O2-1O2对DBS的降解也有一定的直接和间接影响,但这三种ROS因其寿命短、浓度低,对DBS降解的作用小于H2O2的作用。
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