3、結(jié)果與討論

3.1、表面張力和水生毒性的變化

3.1.1、LAS的生物降解性、表面張力和水生毒性隨時(shí)間的變化生物降解過(guò)程中生物降解性、表面張力和水生毒性隨時(shí)間的變化如圖1所示，其中每24次測(cè)量一次H。

圖 1 測(cè)試期間 10 mg/L LAS 的生物降解、表面張力和水生毒性。 水生毒性用大溞的死亡率表示，生物降解用 BOD 計(jì)算。

正如 Yoshimura 等人 12) 所示，我們的 10 mg/L LAS 的結(jié)果也顯示出約 8 天的生物降解率顯著降低，此后生物降解率逐漸開(kāi)始增加。 另一方面，表面張力值在第 4 天迅速增加，并在第 6 天達(dá)到約 72.8 mN/m。 蒸餾水的表面張力約為 72.8 mN/m 16)，因此該值表示表面活性劑的界面活性喪失。 該結(jié)果與 Miura 等人的報(bào)告一致。 11) 其中解釋了MBAS 下降率與生物降解性值之間的關(guān)系。 LAS 的死亡率隨著表面張力的迅速增加而迅速降低。 20 mg/L LAS 的結(jié)果顯示出與 10 mg/L LAS 相似的行為，除了每次變化比 10 mg/L 晚約 24 至 48 小時(shí)（圖 2）。

在我們之前的研究 3,4) 中，LAS 對(duì)大型水蚤的 g tox 約為 50 mN/m。 當(dāng)表面張力為 50 ~ 60 mN/m 時(shí)，10 mg/L LAS（圖 1）和 20 mg/L LAS（圖 2）的死亡率預(yù)計(jì)為 50%，這對(duì)應(yīng)于生物降解下 LAS 的 g tox . 因此，生物降解下的 g tox 顯示出與未生物降解的 g tox 相當(dāng)?shù)闹?，這表明界面活性是 LAS 對(duì)大型水蚤的水生毒性的主要因素。

3.1.2 AE 的生物降解性、表面張力和水生毒性隨時(shí)間的變化

AE 的生物降解速度比 LAS 快。 對(duì)于 10 mg/L AE9，BOD 和表面張力值在測(cè)試開(kāi)始后立即開(kāi)始增加，死亡率立即下降（圖 3）。 表面張力值在第 2 天達(dá)到約 72.8 mN/m。 該結(jié)果與之前的報(bào)告一致9），其中比較了基于 CO2 量的生物降解率（測(cè)量的 CO2 產(chǎn)量/理論 CO2 產(chǎn)量）和 CTAS 的降低率。 也就是說(shuō)，Strum 研究中 CTAS 的降低對(duì)應(yīng)于我們研究中表面張力值的增加。

圖 2 測(cè)試期間 20 mg/L LAS 的生物降解、表面張力和水生毒性。 水生毒性用大溞的死亡率表示，生物降解用 BOD 計(jì)算。

如果 AE9 的濃度增加到 20 mg/L，觀察到與 10 mg/L 結(jié)果相似的趨勢(shì)（圖 4）。 然而，對(duì)于 20 mg/L 的結(jié)果，死亡率下降的起點(diǎn)比 10 mg/L 的結(jié)果延遲了大約 24 小時(shí)。 表面張力曲線的增加速度比10mg/L慢。

圖 3 測(cè)試期間 10 mg/L AE9 的生物降解、表面張力和水生毒性。 水生毒性用大溞的死亡率表示，生物降解用 BOD 計(jì)算。

圖 4 測(cè)試期間 20 mg/L AE9 的生物降解、表面張力和水生毒性。 水生毒性用大溞的死亡率表示，生物降解用 BOD 計(jì)算。

圖 5 測(cè)試期間 20 mg/L AE8 的生物降解、表面張力和水生毒性。 水生毒性用大溞的死亡率表示，生物降解用 BOD 計(jì)算。

由于AE8用于商業(yè)產(chǎn)品，我們使用AE8來(lái)比較另一種AE。 20 mg/L AE8（圖5）的結(jié)果與20 mg/L AE9（圖4）的結(jié)果相似。 20 mg/L AE8 的死亡率隨著表面張力和生物降解率的增加也迅速下降。 測(cè)試開(kāi)始后，表面張力值立即開(kāi)始增加，并在第 6 天達(dá)到約 72.8 mN/m。 該結(jié)果與之前的報(bào)告 9) 以及 20 mg/L AE9 的結(jié)果相似（圖 4）。 BOD在1-2天內(nèi)開(kāi)始增加，并在3天后繼續(xù)逐漸增加。 至于死亡率，4天后略有增加，可能是溶解氧不足所致。

3.2、生物降解途徑及其水生毒性比較

3.2.1、LAS HPLC色譜圖的變化

生物降解過(guò)程中10mg/L LAS的色譜圖，通過(guò)HPLC使用UV檢測(cè)器進(jìn)行分析，如圖6所示。在相應(yīng)的保留時(shí)間（RT）處出現(xiàn)不同碳鏈數(shù)的峰組：16至19.5分鐘為C10，26.5至32.5分鐘是C11，44到55分鐘是C12，74到95分鐘是C13。 由于苯基的結(jié)合位置不同，每個(gè)峰組都包含異構(gòu)體峰。 參考標(biāo)準(zhǔn)（和光純藥工業(yè)株式會(huì)社）用于識(shí)別每個(gè)峰。

LAS異構(gòu)體根據(jù)磺基苯基在烷基鏈上的連接位置分為兩類。 即，其中磺基苯基連接到烷基鏈的外部位置（外部異構(gòu)體）或內(nèi)部位置（內(nèi)部異構(gòu)體）的異構(gòu)體17）。 盡管外部異構(gòu)體的生物降解速度比內(nèi)部異構(gòu)體快，但這些異構(gòu)體的所有峰在 96 小時(shí)后開(kāi)始消失（圖 6）。 這些結(jié)果與之前的報(bào)告一致12)。 新的峰出現(xiàn)在生物降解過(guò)程 96 小時(shí)（4 天）后 0 到 10 分鐘的保留時(shí)間，這被認(rèn)為是 LAS 降解產(chǎn)生的磺苯基羧酸鹽 (SPC) 的峰。 96 小時(shí)后，其表面張力值開(kāi)始增加（圖 1），LAS 的峰開(kāi)始消失（圖 6）。 144 小時(shí)（6 天）后，表面張力值達(dá)到約 72.8 mN/m（圖 1），LAS 的峰值消失（圖 6）。 如果 LAS 的濃度增加到 20mg/L，觀察到與 10mg/L 相似的結(jié)果（圖 7）。

大溞的死亡率隨著表面張力值的增加而迅速降低（圖1），圖6的色譜圖中推測(cè)了相應(yīng)的從LAS到SPC的化學(xué)結(jié)構(gòu)變化。因此LAS的水生毒性降低由于 LAS 降解為 SPC，界面活性喪失可以解釋生物降解。

3.2.2、AE HPLC色譜圖的變化

用高效液相色譜法分析生物降解過(guò)程中AE 的色譜圖如圖8 所示，其中10 毫克/升C12-AE9 的峰出現(xiàn)在11 分鐘的保留時(shí)間，作為內(nèi)標(biāo)的C18 醇出現(xiàn)在18 分鐘的保留時(shí)間。 在 8 分鐘的保留時(shí)間之前觀察到主要由衍生產(chǎn)物引起的干擾峰。 10mg/L AE9 的大部分峰在 48 小時(shí)后消失（圖 8），而圖 3 中此時(shí)基于需氧量的生物降解保持 35%。此時(shí)表面張力值達(dá)到約 72.8 mN/m . 因此，表明AE9在其生物降解率低于50%的時(shí)間內(nèi)失去了其界面活性和水生毒性。

使用商用 AE8 進(jìn)行生物降解測(cè)試獲得的結(jié)果如圖 9 所示，其中 C12-AE8 和 C14-AE8 的峰分別在保留時(shí)間 11 分鐘和 14 分鐘附近觀察到。 觀察到18分鐘內(nèi)標(biāo)峰和8分鐘前的干擾峰以及圖8中AE9的結(jié)果。24小時(shí)后觀察到AE8峰面積減少，72小時(shí)峰消失。 144 小時(shí)（6 天）后表面張力值達(dá)到約 72.8 mN/m，而生物降解率僅為 45%，死亡率在 48 小時(shí)時(shí)降至 0%（圖 5）。 與 10 mg/L AE9 的結(jié)果相似，20 mg/L AE8 的水生毒性在基于需氧量的生物降解增加到 50% 之前消失。

圖 6 測(cè)試期間 10 mg/L LAS 的色譜圖。

圖 7 測(cè)試期間 20 mg/L LAS 的色譜圖。

圖 8 測(cè)試期間 10 mg/L AE9 的色譜圖。

圖 9 測(cè)試期間 20 mg/L AE8 的色譜圖。

3.3、馴化對(duì)生物降解的影響

3.3.1、LAS重加測(cè)試結(jié)果

生物降解試驗(yàn)中死亡率降至零，表面張力增加至蒸餾水后，在原試液中加入一定量的LAS，得到LAS的初始濃度，測(cè)定水蚤的表面張力和死亡率magna 被觀察到。 結(jié)果如圖 10 所示，其中表面張力增加到蒸餾水水平并且死亡率在第 7 天下降到 0%。 因此，在第 8 天重新添加 LAS。 然而，在這種情況下沒(méi)有測(cè)量基于需氧量的生物降解，因?yàn)橹匦绿砑舆^(guò)程會(huì)改變?nèi)芙庋酢?

結(jié)果，在第8天重新加入LAS使試液的表面張力降低到與初始階段相同的水平，但死亡率沒(méi)有達(dá)到100%。 重新添加后不久，觀察到表面張力值迅速增加，水生毒性和死亡率迅速下降。 重新添加 LAS 后，死亡率暫時(shí)增加，但隨后立即降至 0%。 重新添加后第 2 天，表面張力值達(dá)到約 72.8 mN/m。

圖 11 顯示了 HPLC 色譜圖，表明 LAS 的峰面積在重新加入后約 5 小時(shí)立即開(kāi)始下降，并在重新加入過(guò)程后 48 小時(shí)從測(cè)試溶液中完全消失。

圖 10 10 mg/L LAS 馴化試驗(yàn)的生物降解和表面張力。 水生毒性以大溞的死亡率表示。

圖 11 馴化測(cè)試期間重新添加后 10 mg/L LAS 的色譜圖。 描述了重新添加后的時(shí)間和當(dāng)時(shí)的表面張力。

20 mg/L LAS（圖12）的結(jié)果與10 mg/L LAS（圖10）的結(jié)果相似，只是表面張力值的恢復(fù)需要更長(zhǎng)的時(shí)間，死亡率暫時(shí)達(dá)到100 %。 HPLC 色譜圖顯示 LAS 的峰面積在 24 小時(shí)內(nèi)開(kāi)始減少，并在重新加入后 96 小時(shí)消失（圖 13）。

圖 12 20 mg/L LAS 馴化試驗(yàn)的生物降解和表面張力。 水生毒性以大溞的死亡率表示。

圖 13 馴化試驗(yàn)期間重新添加 20 mg/L LAS 后的色譜圖：描述了重新添加后的時(shí)間和當(dāng)時(shí)的表面張力。

圖 14 10 mg/L 馴化試驗(yàn)的生物降解和表面張力 AE9：水生毒性用大溞的死亡率表示。

10 mg/L LAS 和 20 mg/L LAS 的重新添加測(cè)試結(jié)果表明，馴化增加了初級(jí)生物降解率，可以通過(guò)表面張力值的變化來(lái)識(shí)別。 LAS 馴化引起的 LAS 水生毒性的快速降低應(yīng)該是評(píng)估表面活性劑環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的重要因素。

3.3.2、AE重新添加測(cè)試結(jié)果

為明確馴化對(duì)AE生物降解及相關(guān)事項(xiàng)的影響，對(duì)10mg/L AE9、20mg/L AE9和20mg/L AE8的再添加試驗(yàn)測(cè)定了表面張力和死亡率； 結(jié)果分別如圖 14、15 和 16 所示。 在每個(gè)實(shí)驗(yàn)中，重新添加一定量的相同 AE 以給出初始濃度。

在 10 mg/L AE9 的情況下，在第 6 天進(jìn)行重新添加，因?yàn)榇藭r(shí)死亡率和表面張力已穩(wěn)定下來(lái)。 重新添加后第2天表面張力恢復(fù)到蒸餾水的水平，死亡率在暫時(shí)增加到80％后立即下降到0％（圖14）。 因此得出結(jié)論，AE9 在重新添加后 24 小時(shí)內(nèi)發(fā)生了初級(jí)生物降解，這表明馴化加速了 AE9 的初級(jí)生物降解。

在圖15中的20mg/L AE9的情況下，在第15天進(jìn)行重新添加并且表面張力恢復(fù)速度和水生毒性降低速度變得比10mg/L AE9慢。 在這種情況下，最佳再讀時(shí)間可以估計(jì)為 10 天，但因情況而延遲了 5 至 6 天。

圖 15 20 mg/L AE9 馴化試驗(yàn)的生物降解和表面張力。 水生毒性以大溞的死亡率表示。

對(duì)于20 mg/L AE8，根據(jù)表面張力和死亡率的變化在10天時(shí)重新添加，趨勢(shì)與20 mg/L AE9的情況相似。 在重新添加后 48 小時(shí)觀察到 20 mg/L AE8 的 HPLC 峰，峰面積表明此時(shí)保留了約 30% 的 AE8（圖 17）。 這一事實(shí)表明，如果 AE 的濃度增加超過(guò) 20 毫克/升，重新添加后 AE 的生物降解速度相當(dāng)緩慢。 可以假設(shè) 20 mg/L AE 的負(fù)載對(duì)于本研究中的細(xì)菌活性來(lái)說(shuō)太重了。 然而，如果濃度低于 10 毫克/升，無(wú)論有沒(méi)有馴化，都獲得了極好的生物降解性。

圖 16 20 mg/L AE8 馴化試驗(yàn)的生物降解和表面張力。 水生毒性以大溞的死亡率表示。

圖 17 馴化測(cè)試期間重新添加后 10 mg/L AE9 和 20 mg/L AE8 的色譜圖。 描述了重新添加后的時(shí)間、此時(shí)的表面張力和由 HPLC 峰面積計(jì)算的去除率。

生物降解過(guò)程中對(duì)于表面活性劑AS、AE的表面活性以及水生生物毒性的性能的關(guān)系——摘要、簡(jiǎn)介

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