腐殖酸促进氯苯类物质厌氧还原脱氯研究进展

第１卷第２期２０１９年６月环境生态学ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｃｏｌｏｇｙＶｏｌ环境生态学第２期的科学家早已研究发现ꎬ在河湖、入海口和海洋底泥等厌氧环境中存在氯代物的脱氯现象[１８ꎬ１９]ꎮ腐殖酸(ＨＡ)为有机物经微生物降解转化所形成的大分子有机物ꎬ已有研究证实ＨＡ可使氯代物产生还原脱氯现象[２０]ꎬＢｒａｄｌｅｙ等[２１]研究发现河床沉积物添加ＨＡ后ꎬ可促使氯乙烯和二氯乙烯的厌氧转化ꎻ在ＨＡ存在的体系中ꎬ可促进四氯化碳脱氯ꎬ并增加无机氯的生成ꎮ在填埋场的厌氧环境中也发现了ＨＣＢ的脱氯现象[２２]ꎮ本文首先简要介绍了ＨＣＢ还原脱氯机理ꎬ然后综述了近年来关于ＨＡ氧化还原特性ꎬ以及在厌氧条件下ＨＡ对氯苯类物质还原脱氯作用、腐殖酸还原微生物等领域的研究进展及存在的问题ꎬ并指出未来厌氧体系内ＨＡ对氯苯类物质还原脱氯的重点研究方向ꎮ１氯苯类物质还原脱氯机理ＣＢｓ类化合物可通过氧化法发生脱氯降解现象ꎮＣＢｓ类化合物的氧化脱氯方法主要有电化学氧化法、光催化氧化法、Ｆｅｎｔｏｎ试剂氧化法等[２３ꎬ２４]ꎬＣＢｓ氧化过程是由于发生电子得失反应ꎬ系统内产生活泼的羟基自由基[２０１９年胡妍玢等:腐殖酸促进氯苯类物质厌氧还原脱氯研究进展传递体ꎬ还原Ｆｅ３＋的速率不一样ꎮ图１ＨＡ还原重金属、有机物的示意图Ｆｉｇ.１ＨＡｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓａｎｄｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒＨＡ作为电子受体并不是一个单独的反应过程ꎬ从整个环境系统来看ꎬ更像是某个还原过程中的一部分ꎬ因为它所获得的电子并非形成稳定状态ꎬ而是会将电子投入下一步的相关反应中ꎮ通常紧接着“电子受体身份”的是“电子传递体”ꎬ即腐殖酸会将电子转移给下家ꎮ通过电子自旋共振(ＥＳＲ)来测定不同来源的腐殖酸接受电子的能力ꎬ发现来自土壤中的腐殖酸比水体中的腐殖酸接受电子能力更强ꎬ而半醌基团是主要原因ꎮ相对而言ꎬ土壤中的ＨＡ接受电子后的状态比水体腐殖酸要稳定许多[４１]ꎮＢａｕｅｒ等[４２]在测定几种泥炭腐殖酸的电子转移能力中ꎬ先用Ｈ２Ｓ和Ｚｎ对ＨＡ进行了预还原处理ꎬ在Ｃｅｒｖａｎｔｅｓ等[４３]的研究中ꎬ发现ＨＡ在甲苯的厌氧降解中ꎬＨＡ可以作为最终电子供体ꎮ３腐殖酸促进氯代物还原脱氯ＨＡ能够促进氯代物的还原脱氯ꎬ对苯环类物质也能发挥降解的作用ꎮＨＡ对氯代物的还原降解作用也是研究热点之一ꎮ有结果发现ＨＡ能使四氯化碳、溴仿和六氯乙烷脱氯[４４]ꎬ经过化学预还原处理的ＨＡ能还原六氯乙烷ꎬ还原速率由快到慢依次为六氯乙烷、四氯化碳和三溴甲烷(图２)ꎮ同时研究人员发现ꎬＨＡ不仅能够对长链烃类的物质具有脱氯的作用ꎬ对难降解的苯环类物质也有还原降解作用ꎬ研究发现:溶解态的ＨＡ能明显提高Ｈ２Ｓ还原取代硝基苯的速率ꎬ最终硝基苯类物质被还原为苯胺类物质ꎬ并且构建了ＨＡ对硝基苯类物质的还原降解途径(图３)ꎻＣｅｒｖａｎｔｅｓ等[４３]研究结果证实了ＨＡ作为电子受体促进了甲苯的厌氧降解ꎮ但采用ＨＡ对带苯环的ＨＣＢ进行还原脱氯的研究尚未见报道ꎬ本团队尝试在处理ＨＣＢ时添加ＨＡꎬ结果发现ꎬ在添加有２环境生态学第２期作用促使ＨＡ由氧化态(ＨＡｏｘ)转化成还原态(ＨＡｓｅｄ)４个方面的研究进展ꎬ猜想存在“ＨＡ氧化还原耦合ＨＣＢ还原脱氯机制”(图４)ꎮＨＡｓｅｄ通过将电子传递给ＨＣＢꎬ促进ＨＣＢ脱氯向还原态转变ꎬ而自身由ＨＡｓｅｄ转化成ＨＡｏｘꎬ随后腐殖酸还原菌通过还原作用ꎬ将ＨＡｏｘ还原成ＨＡｓｅｄꎮ以ＨＣＢ与脱氯中间产物、ＨＡ含量与电子转移能力、腐殖酸还原菌动态演替规律为研究对象ꎬ重点从以下三个方面进行深入和创新:(１)ＨＣＢ还原途径及动力学研究ꎻ(２)ＨＡ电子转移能力及其对ＨＣＢ脱氯的影响效应ꎻ(３)腐殖酸还原菌动态演替规律及其与ＨＡ电子转移能力的响应关系ꎮ通过以上研究ꎬ为实现源头阻控填埋场等厌氧环境中ＣＢｓ类化合物污染环境提供调控原理ꎮ图４“ＨＡ氧化还原耦合ＨＣＢ还原脱氯机制”假说Ｆｉｇ.４Ｈｙｐｏｔｈｅｓｉｓｏｆ“ＭｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＨＡｒｅｄｏｘｃｏｕｐｌｉｎｇＨＣＢｒｅｄｕｃｔｉｏｎｄｅｃｈｌｏｒｉｎａｔｉｏｎ”参考文献[１]方艺民ꎬ许玉东.垃圾渗滤液中微量有机物分类及其污染特性[Ｊ].能源与环境ꎬ２０１３(５):１０３￣１０４.[２]ＲＥＧＡＤÍＯＭꎬＲＵＩＺＡＩꎬＳＯＴＯＩＳꎬｅｔａｌ.Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎｐｒｏｆｉｌｅｓａｎｄｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｏｌｄｕｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｌａｎｄ￣ｆｉｌｌｓ[Ｊ].ＷａｓｔｅＭａｎａｇｅｍｅｎｔꎬ２０１２ꎬ３２(３):４８２￣４９７.[３]ＫＬＯＫＯＶＳＶꎬＬＯＫＴＥＶＡＥＳꎬＧＯＬＵＢＩＮＡＥＶꎬｅｔａｌ.Ｅｆ￣ｆｅｃｔｉｖｅＰｄ/Ｃｃａｔａｌｙｓｔｆｏｒｃｈｌｏｒｏｂｅｎｚｅｎｅａｎｄｈｅｘａｃｈｌｏｒｏ￣ｂｅｎｚｅｎｅｈｙｄ