【摘要】：多环芳烃和有机氯农药是两类典型的持久性有机污染物,由于它们难被降解,能够在环境中累积持续存在,表现为“持久性”。它们在环境中的残留物可对生物体造成三致效应,并对生态环境造成负面影响。长期以来,多环芳烃和有机氯农药作为经典的环境有机污染物,它们在环境中的迁移转化等行为一直是环境领域研究的热点之一。抗生素作为一类新兴环境污染物,它们在环境中的半衰期普遍较短,但由于它们的生产量、使用量和排放量较高,持续从各类污染源向环境中输入,在环境中呈现“假持久性”的特征。近年来,抗生素在环境中的迁移转化等行为越来越受到人们的关注。水环境中的污染物在水固界面的吸附作用通常是影响污染物的迁移转化行为的关键性步骤之一,极大地影响着污染物的生物累积、降解转化及归趋等后续过程。自然水体生物膜是一种广泛存在于水环境中的天然固相物质,它能够通过吸附等作用影响污染物的水环境行为。目前,多数研究关注生物膜整体或其胞外聚合物对痕量污染物的吸附特征研究。已有研究表明,天然固相物质如土壤/沉积物等,其不同类型的有机碳组分对吸附不同类型的有机污染物的作用机制及贡献存在较大差异。自然水体生物膜含有何种类型的有机碳组分,并且这些组分对经典和新兴有机污染物的吸附机制尚不明确。因此,本研究采集不同季节不同自然水体的水样,在实验室内培养不同批次的生物膜。通过批量吸附实验研究不同生物膜对菲、林丹和氧氟沙星的吸附特征,确定相应的吸附等温模型和参数;通过固相~(13)C核磁,并结合红外光谱和X射线光电子能谱(XPS)等多种辅助技术手段,表征生物膜的有机组成;结合吸附参数和生物膜的结构和组分,分析生物膜中不同有机碳组分对生物膜吸附有机污染物的影响,及不同有机碳组分与分配能力(K_(OC))值之间的关系,并探讨吸附作用机制。研究结果表明:生物膜中的优势生物是藻类,不同季节不同水体水样培养的生物膜中的藻类存在差异,以绿藻居多。生物膜中糖类、蛋白质和总有机碳(TOC)含量具有明显的季节特征,均在夏季表现出最大值。元素分析和X射线能谱分析显示生物膜中有机碳贯穿于整个生物膜而不是仅分布于生物膜表层。固相~(13)C核磁分析显示生物膜中存在脂肪碳、芳香碳和极性碳三种类型的有机碳,其中脂肪碳含量最高(74.6%),表明生物膜是一种富含脂肪碳的天然固相物质。生物膜对菲、林丹和氧氟沙星的吸附数据均能用线性(Linear)模型拟合。生物膜吸附菲、林丹和氧氟沙星的吸附系数(K_d值)的大小关系为:菲(58.96 g/L)林丹(5.31 g/L)氧氟沙星(2.68 g/L),与三种有机污染物的辛醇/水分配系数(K_(OW))的相对大小关系一致,表明菲、林丹和氧氟沙星本身的理化性质影响生物膜对其吸附能力。菲、林丹和氧氟沙星的K_(OC)值均与烷基碳呈正相关关系,烷基碳含量较高的生物膜吸附有机污染物的能力较强。无定型结构的烷基碳“固相溶解”和分配有机污染物,表现为线性吸附。脂肪度可以用来预测生物膜吸附林丹和菲的能力,但是不能预测生物膜吸附氧氟沙星的能力。芳香度可以用来预测生物膜吸附菲和氧氟沙星的能力,但是不能预测生物膜吸林丹的能力。综上,生物膜吸附菲、林丹和氧氟沙星主要是通过无定型的烷基碳分配菲、林丹和氧氟沙星;生物膜中烷基碳含量决定生物膜对有机污染物的吸附能力。本研究结果有助于深入了解自然水体生物膜对不同类型的环境有机污染物的吸附特征及机制。
【图文】：
本研究技术路线
生物膜中主要藻类图谱
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X592
【参考文献】
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2607625
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