8:2氟调聚醇和全氟辛酸厌氧生物降解特性研究

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本研究分别用8:2氟调聚醇(8:2FTOH)和全氟辛酸(PFOA)代表非全氟类和全氟类全氟烷基表面活性剂(PASs)。在探讨8:2FTOH和PFOA厌氧生物还原降解的基础上,研究影响8:2FTOH厌氧降解的环境因素,并对初始浓度为20mg/L的8:2FTOH厌氧降解动力学进行研究。最后,通过液相色谱串联质谱仪(LC-MS/MS)定性定量分析8:2FTOH稳态降解产物,逐步推导其厌氧还原降解机理。  厌氧生物还原降解特性研究结果表明,尽管热力学计算结果表明 PFOA等全氟代PASs是可以被厌氧生物还原降解的,但是在本研究中并没有证据证明其可降解性;8:2FTOH等多氟代PASs是可厌氧生物还原降解的,其降解机理研究结果表明,降解产物主要包括氟离子、PFOA、全氟庚酸(PFHpA)、全氟己酸(PFHxA)、全氟戊酸(PFPeA)、全氟丁酸(PFBA)、五氟丙酸(PFPrA)和三氟乙酸(TFA)等全氟羧酸(PFCAs)类物质以及8:2FTCA[F(CF2)8CH2COOH]、8:2FTUA[F(CF2)7CF=CHCOOH]、7:3acid[F(CF2)7CH2CH2COOH]、7:3Uacid[F(CF2)7CH=CHCOOH]、7:2sFTOH[F(CF2)7CH(OH)CH3]等中间降解产物。  8:2FTOH厌氧生物还原降解影响因素研究结果表明,温度、初始pH值、葡萄糖、污泥浓度、维生素 B12(VB12)等均可以显著影响8:2FTOH的厌氧生物还原降解。温度的影响比较复杂,其最适宜的降解温度为50℃,其次为35℃,这均与高温消化和中温消化的最适温度区间重合,结合相关研究成果,可以推断8:2FTOH的厌氧生物还原降解可能是产酸产甲烷细菌的协同代谢作用;初始pH值可显著影响厌氧生物还原降解8:2FTOH,在偏碱性条件下,具有更高的厌氧生物还原降解性能。这可能是由于污泥厌氧发酵,使得pH值下降2~3个单位,而产甲烷细菌最适pH值范围为6.6~7.5,因此当初始pH值为偏碱性时,厌氧降解系统的pH值才满足该要求,这也同样反映了8:2FTOH降解过程可能是产甲烷菌的协同代谢作用;此外,葡萄糖的投加可以促进8:2FTOH的厌氧降解,这可能是由于葡萄糖的投加能提高产甲烷菌的活性,但过大的葡萄糖浓度会导致底物的浓度过高,在一定程度上抑制了产甲烷菌的共代谢作用,使得8:2FTOH的厌氧降解性能降低;在30mL培养体系下,当污泥投加量为1~4g时,污泥投加量越少,8:2FTOH的厌氧降解效果最好。这可能是因为过高的微生物含量,会引起自身的竞争抑制;投加VB12能够显著影响8:2FTOH的厌氧生物还原降解性能,增加了氟离子和PFOA、PFBA等PFCAs的生成浓度,即VB12可以催化厌氧微生物还原降解多卤代有机物,这可能是因为PASs中的碳氟键易受亲核试剂进攻,而VB12具有含钴原子的咕啉环,其Co(I)是一种非常强的亲核基团,可以通过进攻碳卤键加速首个卤素原子的脱除速率。  8:2FTOH厌氧降解动力学研究结果表明,初始浓度为20mg/L的8:2FTOH,在厌氧反应前期,符合假零级反应动力学,其降解速率K为0.5062L2h2mg-1,半衰期为5.062h;降解反应后期,则符合假一级反应动力学,其降解速率 K为0.062d-1,半衰期为11.17d。
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