洪湖沉积物中有机氯农药的厌氧降解动力学

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1、洪湖沉积物中有机氯农药的厌氧降解动力学龚香宜１，何炎志１，祁士华２（１．武汉科技大学资源与环境工程学院，武汉４３００８１；２．中国地质大学生物地质与环境地质国家重点实验室，武汉４３００７４）摘要：通过模拟试验，对洪湖沉积物中的有机氯农药在厌氧条件下的降解动力学过程进行了研究。结果表明，在厌氧条件下天然沉积物中大部分有机氯农药均可缓慢降解，其中降解较明显的有β－ＨＣＨ、ｐ，ｐ′－ＤＤＴ及ｏ，ｐ′－ＤＤＴ，降解最慢的为β－ＨＣＨ。ｐ，ｐ′－ＤＤＴ在厌氧条件下的主要降解产物为ｐ，ｐ′－ＤＤＤ，导致ｐ，ｐ′－ＤＤＤ的含量有所上升。其他几种有机氯农药的降解速率顺

2、序大致为：α－氯丹＞α－ＨＣＨ＞ＨＣＢ＞ｐ，ｐ′－ＤＤＥ，并且这几种有机氯农药的厌氧生物降解均符合准一级反应动力学方程，其厌氧降解动力学常数分别为ｋ１＝０．０１３７ｄ－１，ｋ２＝０．００７８ｄ－１，ｋ３＝０．００４２ｄ－１，ｋ４＝０．０００５ｄ－１。..关键词：沉积物；有机氯农药；厌氧降解；洪湖中图分类号：Ｘ１３１．３文献标识码：A：0439－８114（２０15）02－0318-03DOI:10.14088/j.ki.issn0439-8114.2015.02.016有机氯农药是典型的持久性有机污染物，微生物降解是其在自然条件下转化和消除的主要途径。但

3、是，由于氯取代基的存在，使这类化合物的生物降解性较低，毒性增大，且在好氧条件下极难被生物降解。据研究，在厌氧条件下，很多氯代有机物的生物降解性均有所提高［１］，而天然水沉积物经常处于缺氧状态下，因此在沉积物中，生物的缺氧脱氯作用是氯代有机污染物最重要的代谢方式。目前，在氯代有机污染物进行厌氧脱氯研究中，多以多氯联苯［２，３］和氯代直链脂肪烃［４］等为目标。在有机氯农药研究过程中，主要探讨人为控制的条件下，添加碳源、化学还原剂等对其降解的影响［５，６］。但是，关于在多种有机氯农药共存的天然状态下，尚未涉及有机氯农药在水体沉积物中的厌氧降解动力学行为和转化

4、规律的研究。本试验主要研究洪湖沉积物中的有机氯农药在自然状态下的缺氧脱氯降解行为，在一定程度上揭示有机氯农药在天然水体沉积物中的转化规律，重新认识有机氯农药在天然水系统中的转化和环境风险性，并为进一步研究水体沉积物中有机氯农药污染的生物修复提供理论依据。１材料与方法１．１厌氧降解试验用内径７０ｍｍ的ＰＶＣ管在洪湖采集１０ｃｍ的柱状沉积物。为避免沉积物界面扰动，采集时保留５ｃｍ上覆水，将ＰＶＣ管两端用橡皮塞塞紧，形成一个稳定密闭的空间，垂直放置于固定搁架上。回到实验室后，打开沉积柱上端开口，将连接氮气瓶的硅胶管伸入水面以下，通入５ｍｉｎ氮气，然后迅速将硅

5、胶管拔出，将开口用橡皮塞塞紧，并用聚四氟乙烯生料带密封。分别于第０、４０、６０、８０、１００、１２６天取样，－２０℃冷冻保存备用。每次样品采集完毕后仍然与前述相同，通入５ｍｉｎ氮气，然后将沉积柱开口用橡皮塞塞紧、密封，直到下次采样。１．２有机氯农药测定将冷冻干燥后的沉积物样品，加入回收率指示物，用二氯甲烷作溶剂，在索氏提取器中抽提２４ｈ，并用活化的铜片脱硫。再将沉积物提取液在旋转蒸发仪上浓缩至２ｍＬ，加入硅胶／氧化铝层析柱净化，用２５ｍＬ的二氯甲烷／正己烷（２∶３，V/V）混合液淋洗柱体。过柱后的液体再继续浓缩至０．５ｍＬ后，转移至２ｍＬ的细胞瓶中，用

6、柔和的氮气吹至０．２ｍＬ，加入４μＬ内标物放入冰箱中待测。采用ＡｇｉｌｅｎｔＨＰ６８９０型气相色谱仪，配６３Ｎｉ电子捕获检测器，色谱柱为ＨＰ–５石英毛细管柱（３０．００ｍ×０．３２ｍｍ×０．２５μｍ），进样口温度２９０℃，检测器温度为３００℃。升温程序：１００℃保持１ｍｉｎ，以４℃／ｍｉｎ升至２００℃，以２℃／ｍｉｎ升至２３０℃，再以８℃／ｍｉｎ升至２８０℃，保持１５ｍｉｎ。待测样品以不分流进样２μＬ，内标法定量。有机氯农药标准物质为由μ－ＨＣＨ、α－ＨＣＨ、μ－ＨＣＨ、ＨＣＢ、α－氯丹、ｐ，ｐ′－ＤＤＥ、ｐ，ｐ′－ＤＤＤ、ｏ，ｐ′－ＤＤＴ和ｐ，ｐ′－

7、ＤＤＴ共９种物质组成的混合标样，回收率指示物为２，４，５，６－四氯间二甲苯（ＴＣＭＸ）和十氯联苯（ＰＣＢ２０９），内标化合物为五氯硝基苯（ＰＣＮＢ）。方法检测限为０．００１～０．００５ｎｇ／ｇ，回收率范围为７２％～１０３％，所有样品均经过回收率校正。２结果与分析２．１沉积物中有机氯农药的厌氧降解特征厌氧条件下沉积物中有机氯农药的含量变化如表１所示。由表１可知，随着降解时间的延长，沉积物中大多数有机氯农药的含量出现不同程度的降低。其中比较明显的为α－ＨＣＨ、ｐ，ｐ′－ＤＤＴ及ｏ，ｐ′－ＤＤＴ，在厌氧试验的第４０天，即第一次采样时，这些化合物在沉积物中的含

8、量已经低于检测限度。其主要原因有两点，①这些化合物相对较容易降解；②另外这些物质本身在沉积物中