全氟烷基表面活性剂厌氧生物降解特性与还原脱氟机理研究

全氟烷基表面活性剂（PASs）是继多氯联苯和二噁英之后日益引起重视的新型持久性有机污染物，研发一种经济有效的PASs降解技术，对维护生态安全具有非常重要的意义。本课题针对现有PASs降解技术效率低、运行条件苛刻、易产生二次污染的现状，根据生物降解PASs的热力学计算结果并结合前人研究成果，提出了采用厌氧生物还原技术降解PASs的新思路。.本课题在培养驯化高效还原降解PASs菌株并进行分离鉴定的基础上，探讨厌氧生物还原降解PASs的关键影响因素及其影响机制，利用LC-MS/MS、GC-MS及同位素标记技术分析稳态降解产物，采用时间分辨吸收光谱和ESR捕捉瞬态降解产物，重点研究PASs生物降解途径和机理，以确定生物还原降解PASs的进攻位点，并阐明还原脱氟机理。项目成果不仅为厌氧生物还原降解PASs提供理论依据和技术支持，而且有助于发展以厌氧还原为核心的持久性有机污染物生物降解技术。

本课题在优化污泥相全氟烷基表面活性剂（PASs）检测方法的基础上，针对其持久性和易受亲核试剂进攻的分子结构特点，研发了一种以厌氧生物还原为核心的降解方法。以全氟辛酸（PFOA）代表全氟代PASs，以8:2氟调聚醇（8:2FTOH）代表多氟代PASs，研究了厌氧生物还原降解PASs的性能、影响因素和降解机理。研究结果表明：.（1）尽管热力学计算结果表明PFOA等全氟代PASs是可以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；.（2）8:2FTOH等多氟代PASs是可厌氧生物还原降解的，其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）、8:2FTUCA（F(CF2)7CF=CHCOOH）、7:3acid（F(CF2)7CH2CH¬2COOH）、7:3Uacid（F(CF2)7CH=CHCOOH）、7:2sFTOH（F(CF2)7CH(OH)CH3）等中间降解产物；.（3）初始氧化还原电位（ORP）、投加维生素B12（VB12）、初始pH值、培养温度等均可以显著影响8:2FTOH的厌氧生物还原降解性能。降低初始ORP（最佳ORP=-300mV）和增加初始pH值（最佳pH=9.0），并投加一定量的VB12（投加量5mg/L），均可以显著提高8:2FTOH的厌氧生物还原降解性能，但是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，若结合其他研究成果，这说明8:2FTOH的厌氧生物还原降解很可能是产酸产甲烷细菌的协同代谢作用。此外，投加葡萄糖作为外加碳源虽然能够显著增加PFCAs的生成浓度，但是对8:2FTOH的脱氟率却没有显著影响，造成这种矛盾的原因可能是投加葡萄糖增加了其它未知含氟降解产物的产量。.（4）氟平衡研究结果表明，经过为期70d的培养后，氟元素的回收率仅为53.4%，这说明除了已知的降解产物外，可能还存在大量的未知含氟降解产物，这有待进一步研究。