不同试验条件下阿特拉津的生物降解研究

徐冬英，吕锡武

（1.绍兴文理学院 土木系 浙江 绍兴 312000；2.东南大学环境工程系 江苏 南京 210096；）

梅梁湾系太湖北部的一个湖湾，是无锡市著名的风景旅游区，也是该市赖以生存的水源地。近年来发现大量化学合成的有机化合物通过各种渠道和途径进入水体，其中很多化合物在水体中长期滞留。在围绕这一环境问题进行的各种研究工作中，有机物的生物降解性研究是当前重要的课题之一。该研究目的在于通过人工介质对湖水中的土著微生物进行有效的富集，在介质表面形成一层生物膜[1，2，3]，通过微生物的降解作用来降解湖泊中所含微量有机物，为在示范工程区内有风浪、透明度小、无底泥淤积等难于恢复水生植物的区域内应用该技术提供参数。

阿特拉津是在1952年由Geigy化学公司研制开发的一种除草剂，1958年申请瑞士专利，1959年投入商业生产[4]。阿特拉津又名莠去津，英文名atrazine，化学名称为2－氯－4－乙胺基－6－异丙胺基－1，3，5－三嗪，系均三氮苯类农药，25℃时在水中的溶解度为33μg.ml-1。它适用于玉米、甘蔗、高梁、茶园和果园，可防除一年生禾本科杂草和阔叶杂草，

对某些多年生杂草也有抑制作用[5]。由于阿特拉津的大量生产和广泛应用，已造成全球性的生态问题，阿特拉津的结构稳定，难以降解，在环境中广泛分布[6~7]。Dodson等人[8]发现低浓度0.5～10μg/L阿特拉津的暴露可引起水蚤Daphnia胚胎雄性后代出生率的增加。Leeuwen等人[9]发现0.05～0.65μg/L水平的阿特拉津与胃癌的发生有关（置信度大于95％）。阿特拉津被认定为有潜在的致癌作用并可影响人体的内分泌系统[10，11]。

1 试验设备与试验方案

1.1 试验装置与试验流程

试验装置及试验流程分别如图1、2，反应器内有挂膜良好的组合填料人工介质，在贮水池内投加微量阿特拉津，贮水池出水口连接硅胶管，通过蠕动泵调节流量。

1.2 试验仪器与有机药剂

55×45×35（cm3）试验池；25WZB1.5-201无堵塞自吸泵（上海蓝鲸电机制造有限公司）；带搅拌器的150L贮水池；BT00-300M型蠕动泵，泵头型号TZ1515X（河北保定兰格恒流公司）；增氧泵；阿特拉津（Atrazine）AR上海试剂一厂。

1.3 阿特拉津降解试验方案

1.3.1 驯化

低浓度阿特拉津驯化过程共历时60天，其水力停留时间（HRT）为5天，在试验池中置放人工介质，其中一个试验池投加阿特拉津，另一个贮水池作为对照。同时，经常采集不同地点的太湖底泥，用超声波将细菌分离出来，取上清液投加到试验池中，以增加细菌丰度。

1.3.2 动态降解试验

该试验主要目的是考察微量有机物浓度和水力停留时间的改变对微量有机物生物降解情况的影响。实验室内采用空调恒温，通过调节蠕动泵转速控制流量。进出水方式为下进上出。保持微量有机物投加浓度不变，水力停留时间逐步控制在5天﹑7天。每次改变停留时间，稳定运行2至3周后采每个试验池的进出水样用GC-MS法分析微量有机物含量。

1.3.3 静态态降解试验

在灭菌的三角瓶中加入含微量阿特拉津的水，依次调节溶液为相应pH值，然后放入培养箱中，并保持充分光照效应及供氧泵充分供氧，测定不同试验条件下的降解效果，隔6天后测定有机物浓度，每次取3组重复样，测定结果取平均值。

2 结果与讨论

2.1 动态条件下阿特拉津浓度变化的降解性能

人工介质经水体中低浓度阿特拉津驯化后，富集了能降解对应有机物的微生物，因而在不同条件下均能对阿特拉津有一定降解作用。GC-MS法分析阿特拉津含量，阿特拉津的动态降解结果如图3和图4。

图3 HR=7d阿特拉津降解

图4 HRT=5d阿特拉津降解

从图3、4可以看出，停留时间为5天和7天时，试验池中去除率比较稳定，分别在50.0％～62.6％和66.4％～71.4％的范围内，对照池中去除率有所提高，分别在7.6％～10.2％和9.9％～15.1％的范围内。从阿特拉津进出水浓度角度看，试验池中阿特拉津出水浓度明显低于对照池中阿特拉津出水浓度，如阿特拉津进水浓度为6.2μg/L，19.9μg/L时，在HRT=5d的情况下，试验池和对照池的阿特拉津出水浓度分别为3.1μg/L和5.7μg/L，7.8μg/L和18.9μg/L；在HRT=7d的情况下，试验池和对照池的阿特拉津出水浓度分别为1.4μg/L和4.3μg/L，5.1μg/L和12.9μg/L，说明在停留时间内，经过驯化的生物膜可以有效去除一定浓度范围的阿特拉津，且水力停留时间越低，其去除效果越差。

2.1 不同温度条件下的降解性能

温度是影响微生物生长代谢的一个重要因素，根据试验中不同培养温度（5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃）时的降解液定时取样的有机物测试浓度和去除率的数据，绘制它们的历时曲线。

由图5可知，温度对去除阿特拉津的影响非常显著，在此温度系列中，均能去除污染质阿特拉津，即使在低温条件下，阿特拉津菌仍具有较好的生长代谢能力，对研究区地下水10℃左右阿特拉津污染的原位治理具有重要应用价值。由图表明，在试验的温度范围（5～20℃）内，阿特拉津菌对农药污染质阿特拉津的去除能力随环境温度的升高而增加，20℃时阿特拉津的去除率为69.5％，明显高于10℃时的去除率44.3％，而5℃时的去除率则为最小，温度为25℃时，去除率为9.9％，阿特拉津的去除率逐渐下降，说明温度高于25℃时，反而不利于农药污染质阿特拉津的去除。这说明该菌在低温条件下反而生长的更好，对阿特拉津的去除能力也较高。该菌确定为一种嗜冷菌，只适于在低温条件下去除阿特拉津，高温反而抑制了它的生化去除作用。

图5 不同温度下阿特拉津的降解

2.2 不同pH值下的降解性能

图6为不同pH下组合介质对阿特拉津的去除效果。

图6 不同pH下阿特拉津的降解

图6表明，在HRT=6天，pH值对去除阿特拉津的影响也是非常明显的。当pH值为6～7范围内时其去除效果比较好，当pH值为6时，去除能力最高，而pH值过高或过低时，去除能力都受到抑制。即此类微生物降解适宜在微酸性至中性环境中生存。对于难于生物降解的农药污染阿特拉津，在pH为5～10范围内对其均有明显的去除能力，其中在pH为6左右，去除液的浓度下降近似达最小值，之后的去除趋于缓慢。其原因之一是体系中营养物质的消耗而抑制或阻止阿特拉津菌的生长代谢和对污染质的去除。图3.5中反映在pH值为4、9时的去除率较小而在pH值为6和7的去除率最大。如pH为6时，阿特拉津的去除率为60％，而pH值为4和9时，阿特拉津的去除率则明显低于pH值为6和7的去除率。可见，在此pH值范围的系列试验中，阿特拉津适宜的pH值范围是6～7，此时的弱酸碱环境条件下，阿特拉津菌具有较好的去除污染质的能力，与野外条件下的弱碱性（pH值7.5左右）地下水环境条件比较接近，有利于菌种在实际原位治理中的应用[12]。

3 结论

依据上述试验结果和分析，可以得到如下结论：

（1）通过人工介质富集的微生物的降解作用，对水体中所含硝基苯具有一定降解去除作用。当停留时间为7天时，硝基苯的去除率在66.2％～75.6％的范围内。且HRT=7d的去除效果明显优于HRT=5d的去除效果。

（2）温度对有机物的去除影响很大，在试验的温度范围（5～20℃）内，阿特拉津菌对农药污染质阿特拉津的去除能力随环境温度的升高而增加，温度高于25℃时，反而不利于农药污染质阿特拉津的去除。这说明该菌在低温条件下反而生长的更好，对阿特拉津的去除能力也较高。该菌确定为一种嗜冷菌，只适于在低温条件下去除阿特拉津，高温反而抑制了它的生化去除作用。

（3）阿特拉津适宜的pH值范围是6～7，此时的弱酸碱环境条件下，阿特拉津菌具有较好的去除污染质的能力，与野外条件下的弱碱性（pH值7.5左右）地下水环境条件比较接近，有利于菌种在实际原位治理中的应用。

[1]徐冬英，吕锡武，王志雄.微生物降解阿特拉津试验研究[J].绍兴文理学院学报，2005，25（10）：38-41.

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