生物表面活性劑對多環(huán)芳烴增溶及脫附作用

    隨著石化,農(nóng)藥,塑料等工業(yè)的發(fā)展,各種芳烴類化合物如硝基芳烴化合物､含氯芳烴化合物以及各類的多環(huán)芳烴化合物通過溢出,不適當(dāng)?shù)倪\(yùn)輸,廢物處理以及自然滲漏等途徑進(jìn)入土壤和地下水環(huán)境,造成土壤的主要污染源。處理芳烴污染土壤的方法有物理､化學(xué)法,例如熱蒸發(fā)提取,水蒸氣或熱空氣洗滌,化學(xué)氧化,洗滌劑提取等。而芳烴污染物的降解已被證明是一個(gè)有吸引力的方法。因?yàn)樗到庑矢?/SPAN>,經(jīng)濟(jì)性好及能降解各種芳烴。芳烴生物降解是由氧化芳烴的微生物進(jìn)行的,由于芳烴類物質(zhì)在水中的溶解度特低,它與土壤的界面張力也較大,因而吸附性也較強(qiáng),從而影響了芳烴化合物降解的能力。許多微生物能產(chǎn)生表面活性劑,它可降低芳烴與水及土壤的界面張力,增加了親油化合物在水中的溶解性及降低芳烴與土地的吸附力,使芳烴化合物更易與微生物直接接觸,從而促進(jìn)生物降解。本文研究了生物表面活性劑鼠李糖脂對多環(huán)芳烴化合物增溶及脫附的各種最佳條件。

1 材料與方法

1.1 菌株及培養(yǎng)條件

1.1.1 菌株:鼠李糖脂產(chǎn)生菌株由本實(shí)驗(yàn)室篩選得到,經(jīng)鑒定為假單胞菌(Pseu domonassp.)

1.1.2 搖瓶及發(fā)酵罐用培養(yǎng)基  

(g/L):NaNO₃5.5;KH₂PO₄1.5,Na₂HPO₄.12H₂O1.5,MgSO₄.7H₂O1.0,MnSO₄.7H₂O0.01,FeSO₄.7H₂O0.01,酵母膏0.6。碳源為正烷烴(C₁₂～C₂₀)或植物油40,蒸餾水定溶,pH6.5,5L大搖瓶或發(fā)酵罐培養(yǎng)30℃,96h,搖動頻率120r/min。

1.2 鼠李糖脂提取,結(jié)構(gòu)測定及表面活性性能

提取步驟與文獻(xiàn)相同,結(jié)構(gòu)測定及表面活性性能見文獻(xiàn)。本研究中用于多環(huán)芳烴脫附試驗(yàn)中的鼠李糖脂為鼠李糖脂R1與R2的混合物,其中鼠李糖脂R1為41%,R2為57%。

1.3 多環(huán)芳烴的提取與分析

1.3.1 多環(huán)芳烴,芘(PYR),二氫苊(ACE),芴(FLR),芝蒽(FLT),并苯芘(Ben)購自Sigma公司,并儲藏于低溫冰箱中備用。以島津GC-14A氣相色譜儀定性,定量測定多環(huán)芳烴。

1.3.2 鼠李糖脂濃度對多環(huán)芳烴增溶影響:于一個(gè)含水系統(tǒng)中一式3份進(jìn)行。在一個(gè)離心管中加入不同濃度的鼠李糖脂洗滌溶液10ml以及200μg芘,封好塞子后在室溫下黑暗處以200r/min往復(fù)振蕩1h,然后提取并用氣相色譜分析PYR。

1.3.3 時(shí)間對增溶影響:在一個(gè)含水系統(tǒng)中一式3份進(jìn)行,在一個(gè)離心管中加入相同濃度的生物表面活性劑溶液以及200μg,PYR封好塞子后在室溫下黑暗處以200r/min往復(fù)振蕩不同時(shí)間,然后提取并用氣相色譜分析PYR。

1.3.4 鼠李糖脂對不同多環(huán)芳烴化合物增溶影響:本實(shí)驗(yàn)在一個(gè)含水系統(tǒng)中一式3份進(jìn)行。在一個(gè)離心管中,分別加入0.1mg/ml或1mg/ml鼠李糖脂洗滌溶液10ml以及200μg選定的某種多環(huán)芳烴,封好塞子后在室溫下黑暗處以200r/min往復(fù)振蕩1h,然后提取并用氣相色譜分析多環(huán)芳烴。

1.3.5 鼠李糖脂對除去土壤中不同多環(huán)芳烴化合物的效果試驗(yàn):土壤采用Waterloo地區(qū)的土壤,pH為6.1,有機(jī)物含量為1.2%。上述土壤5g經(jīng)120℃滅菌后放于50ml三角瓶中,再加入200μg不同的多環(huán)芳烴,混合均勻后放于室溫黑暗處,保持一個(gè)星期。然后再加入15ml1mg/ml鼠李糖脂溶液在黑暗中以200r/min振蕩,分別0,1,5和24h來洗滌土壤,樣品提取后由氣相色譜分析結(jié)果,本試驗(yàn)一式二份進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 生物表面活性劑鼠李糖脂的表面特性

用滴體積法測定了發(fā)酵后經(jīng)分離提取純的鼠李糖脂的表面特性,蒸餾水的表面張力從71.5dynes/cm降至27.1dymes/cm,其臨界膠束濃度(CMC)為22μg/ml。

2.2 鼠李糖脂的濃度對增溶作用的影響

利用多環(huán)芳烴來試驗(yàn)純的鼠李糖脂增溶親脂化合物的能力。鼠李糖脂不同濃度的影響用PYR進(jìn)行觀察,研究了0,0.01,0.03,0.1和1mg/ml不同濃度的鼠李糖脂,結(jié)果見圖1所示。

在鼠李糖脂0.1mg/ml濃度時(shí),有8.58%的芘被增溶溶解,而在鼠李糖脂溶液的濃度在1mg/ml時(shí),有55.2%的PYR被增溶溶解。由此看出,生物表面活性劑濃度對多環(huán)芳烴增溶溶解作用明顯。

2.3 時(shí)間對增溶溶解的影響

觀察了在相同鼠李糖脂及芘濃度下(1mg/ml)不同時(shí)間的影響,結(jié)果見圖2。時(shí)間對芘增溶溶解無明顯影響。

2.4 鼠李糖脂對不同多環(huán)芳烴化合物增溶溶解的影響

研究了生物表面活性劑鼠李糖脂對五種多環(huán)芳烴化合物(即ACE,FLR, FLT,PYR和Ben)增溶溶解的有效性。結(jié)果見圖3及表1。 

從圖3及表1可知,生物表面活性劑鼠李糖脂對5種不同的多環(huán)芳烴類化合物都有較好的增溶作用,其中以1mg/ml鼠李糖脂對FLR,FLT,PYR增溶效果更為明顯。

2.5 鼠李糖脂對除去土壤中不同多環(huán)芳烴化合物的效果

研究了由無菌未污染土壤和5種不同多環(huán)芳烴混合后進(jìn)行的鼠李糖脂脫附效果的試驗(yàn)。結(jié)果見表2和圖4。

表2圖4結(jié)果表明,生物表面活性劑鼠李糖脂從土壤中脫附多種多環(huán)芳烴的效果是不同的,對FLT脫附作用最強(qiáng),其次ACE,FLR和PYR,而對Ben沒有脫附作用。

生物表面活性劑是一類性能優(yōu)良的化合物,它能增加多環(huán)芳烴的溶解性及脫附性,以有利于進(jìn)一步的生物降解,顯示了它在生物處理污染中的巨大潛力。