3、結果與討論

3.1、表面張力和水生毒性的變化

3.1.1、LAS的(de)生(sheng)(sheng)物(wu)降(jiang)解性(xing)、表面(mian)張力和水(shui)生(sheng)(sheng)毒性(xing)隨時(shi)間的(de)變化生(sheng)(sheng)物(wu)降(jiang)解過程中(zhong)生(sheng)(sheng)物(wu)降(jiang)解性(xing)、表面(mian)張力和水(shui)生(sheng)(sheng)毒性(xing)隨時(shi)間的(de)變化如圖1所示，其(qi)中(zhong)每24次測量一次H。

圖 1 測試期間 10 mg/L LAS 的生(sheng)物降解、表面(mian)張力(li)和水生(sheng)毒(du)性。 水生(sheng)毒(du)性用大溞的死亡率表示，生(sheng)物降解用 BOD 計算。

正如(ru) Yoshimura 等人 12) 所示(shi)，我(wo)們的(de)(de)(de)(de)(de) 10 mg/L LAS 的(de)(de)(de)(de)(de)結果(guo)(guo)也(ye)顯(xian)示(shi)出(chu)約(yue)(yue) 8 天的(de)(de)(de)(de)(de)生物(wu)降(jiang)解率(lv)(lv)(lv)顯(xian)著(zhu)降(jiang)低，此后生物(wu)降(jiang)解率(lv)(lv)(lv)逐漸開始(shi)增(zeng)加。 另一方面(mian)(mian)，表面(mian)(mian)張力值(zhi)在第(di) 4 天迅速(su)增(zeng)加，并在第(di) 6 天達(da)到約(yue)(yue) 72.8 mN/m。 蒸(zheng)餾水(shui)的(de)(de)(de)(de)(de)表面(mian)(mian)張力約(yue)(yue)為(wei) 72.8 mN/m 16)，因此該值(zhi)表示(shi)表面(mian)(mian)活(huo)性(xing)劑的(de)(de)(de)(de)(de)界面(mian)(mian)活(huo)性(xing)喪失。 該結果(guo)(guo)與 Miura 等人的(de)(de)(de)(de)(de)報告一致。 11) 其中解釋了(le)MBAS 下降(jiang)率(lv)(lv)(lv)與生物(wu)降(jiang)解性(xing)值(zhi)之間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)關(guan)系。 LAS 的(de)(de)(de)(de)(de)死亡率(lv)(lv)(lv)隨(sui)著(zhu)表面(mian)(mian)張力的(de)(de)(de)(de)(de)迅速(su)增(zeng)加而(er)迅速(su)降(jiang)低。 20 mg/L LAS 的(de)(de)(de)(de)(de)結果(guo)(guo)顯(xian)示(shi)出(chu)與 10 mg/L LAS 相(xiang)似的(de)(de)(de)(de)(de)行(xing)為(wei)，除了(le)每次變化比 10 mg/L 晚(wan)約(yue)(yue) 24 至 48 小時（圖 2）。

在我(wo)們之前的(de)研究 3,4) 中(zhong)，LAS 對(dui)大(da)型水(shui)(shui)蚤的(de) g tox 約(yue)為(wei) 50 mN/m。 當表面張力為(wei) 50 ~ 60 mN/m 時，10 mg/L LAS（圖(tu)(tu) 1）和 20 mg/L LAS（圖(tu)(tu) 2）的(de)死亡率預計為(wei) 50%，這對(dui)應于生物降(jiang)(jiang)解下 LAS 的(de) g tox . 因此，生物降(jiang)(jiang)解下的(de) g tox 顯示出與未生物降(jiang)(jiang)解的(de) g tox 相當的(de)值，這表明界面活性(xing)是 LAS 對(dui)大(da)型水(shui)(shui)蚤的(de)水(shui)(shui)生毒性(xing)的(de)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間的變化

AE 的(de)(de)(de)生物(wu)降解(jie)速度(du)比(bi) LAS 快。 對于(yu) 10 mg/L AE9，BOD 和表面張力(li)值在測(ce)試(shi)開(kai)始(shi)(shi)后立(li)(li)即開(kai)始(shi)(shi)增加，死亡率立(li)(li)即下(xia)降（圖 3）。 表面張力(li)值在第 2 天達(da)到約(yue) 72.8 mN/m。 該結(jie)果與之前的(de)(de)(de)報告一致9），其中(zhong)比(bi)較(jiao)了基于(yu) CO2 量的(de)(de)(de)生物(wu)降解(jie)率（測(ce)量的(de)(de)(de) CO2 產量/理論(lun) CO2 產量）和 CTAS 的(de)(de)(de)降低率。 也就是說，Strum 研究中(zhong) CTAS 的(de)(de)(de)降低對應于(yu)我們研究中(zhong)表面張力(li)值的(de)(de)(de)增加。

圖 2 測試期間 20 mg/L LAS 的生(sheng)物(wu)降解(jie)、表面張力和水生(sheng)毒(du)性(xing)(xing)。 水生(sheng)毒(du)性(xing)(xing)用(yong)大溞(sao)的死亡率表示，生(sheng)物(wu)降解(jie)用(yong) BOD 計算。

如果 AE9 的(de)濃度增加到(dao) 20 mg/L，觀察到(dao)與 10 mg/L 結果相似的(de)趨勢（圖 4）。 然(ran)而，對于 20 mg/L 的(de)結果，死(si)亡率下(xia)降的(de)起點比 10 mg/L 的(de)結果延遲(chi)了大約 24 小時(shi)。 表(biao)面張(zhang)力曲線的(de)增加速度比10mg/L慢(man)。

圖 3 測試(shi)期間(jian) 10 mg/L AE9 的生物降解、表面張力和水生毒(du)性。 水生毒(du)性用(yong)大溞(sao)的死(si)亡率表示，生物降解用(yong) BOD 計算(suan)。

圖(tu) 4 測(ce)試期間 20 mg/L AE9 的(de)生(sheng)物(wu)降解、表面(mian)張力(li)和水生(sheng)毒性。 水生(sheng)毒性用大溞的(de)死(si)亡率表示，生(sheng)物(wu)降解用 BOD 計算。

圖 5 測試期間 20 mg/L AE8 的(de)生(sheng)物降解、表(biao)面張力和水生(sheng)毒(du)性。 水生(sheng)毒(du)性用大溞的(de)死亡率表(biao)示，生(sheng)物降解用 BOD 計算。

由于AE8用于商業產品(pin)，我們使(shi)用AE8來比較另一種AE。 20 mg/L AE8（圖(tu)5）的(de)結果與(yu)20 mg/L AE9（圖(tu)4）的(de)結果相似。 20 mg/L AE8 的(de)死(si)亡(wang)率(lv)隨著(zhu)表(biao)(biao)面張(zhang)力和生物降解率(lv)的(de)增(zeng)(zeng)加也迅(xun)速下(xia)降。 測試開始(shi)后(hou)(hou)，表(biao)(biao)面張(zhang)力值立即開始(shi)增(zeng)(zeng)加，并在(zai)第 6 天達到(dao)約 72.8 mN/m。 該結果與(yu)之前的(de)報告 9) 以及 20 mg/L AE9 的(de)結果相似（圖(tu) 4）。 BOD在(zai)1-2天內開始(shi)增(zeng)(zeng)加，并在(zai)3天后(hou)(hou)繼續逐漸增(zeng)(zeng)加。 至于死(si)亡(wang)率(lv)，4天后(hou)(hou)略(lve)有(you)增(zeng)(zeng)加，可(ke)能是溶解氧(yang)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(se)譜圖的(de)變(bian)化

生物降解(jie)過(guo)(guo)程中(zhong)10mg/L LAS的(de)色譜(pu)圖(tu)，通過(guo)(guo)HPLC使(shi)用UV檢測器進行分析，如(ru)圖(tu)6所示。在相應的(de)保留(liu)時間（RT）處(chu)出現(xian)不(bu)同(tong)碳(tan)鏈數的(de)峰組：16至19.5分鐘(zhong)(zhong)為C10，26.5至32.5分鐘(zhong)(zhong)是C11，44到(dao)55分鐘(zhong)(zhong)是C12，74到(dao)95分鐘(zhong)(zhong)是C13。 由于(yu)苯(ben)基的(de)結合(he)位置不(bu)同(tong)，每個峰組都(dou)包(bao)含異(yi)構體峰。 參考標準(zhun)（和光純藥工業株式會社）用于(yu)識別每個峰。

LAS異(yi)(yi)(yi)構(gou)(gou)體根據(ju)磺基(ji)苯基(ji)在烷基(ji)鏈(lian)上的(de)連接位(wei)置分(fen)為兩類。 即，其中磺基(ji)苯基(ji)連接到(dao)(dao)烷基(ji)鏈(lian)的(de)外(wai)(wai)部(bu)位(wei)置（外(wai)(wai)部(bu)異(yi)(yi)(yi)構(gou)(gou)體）或內部(bu)位(wei)置（內部(bu)異(yi)(yi)(yi)構(gou)(gou)體）的(de)異(yi)(yi)(yi)構(gou)(gou)體17）。 盡(jin)管(guan)外(wai)(wai)部(bu)異(yi)(yi)(yi)構(gou)(gou)體的(de)生物降解速度比內部(bu)異(yi)(yi)(yi)構(gou)(gou)體快，但這(zhe)(zhe)些(xie)異(yi)(yi)(yi)構(gou)(gou)體的(de)所有峰(feng)在 96 小(xiao)(xiao)時后(hou)開(kai)始消失(shi)（圖(tu) 6）。 這(zhe)(zhe)些(xie)結果(guo)與(yu)之前的(de)報告一致(zhi)12)。 新的(de)峰(feng)出(chu)現在生物降解過程 96 小(xiao)(xiao)時（4 天(tian)）后(hou) 0 到(dao)(dao) 10 分(fen)鐘的(de)保留時間，這(zhe)(zhe)被認(ren)為是 LAS 降解產生的(de)磺苯基(ji)羧酸鹽 (SPC) 的(de)峰(feng)。 96 小(xiao)(xiao)時后(hou)，其表(biao)面張力(li)值(zhi)開(kai)始增加（圖(tu) 1），LAS 的(de)峰(feng)開(kai)始消失(shi)（圖(tu) 6）。 144 小(xiao)(xiao)時（6 天(tian)）后(hou)，表(biao)面張力(li)值(zhi)達(da)到(dao)(dao)約 72.8 mN/m（圖(tu) 1），LAS 的(de)峰(feng)值(zhi)消失(shi)（圖(tu) 6）。 如果(guo) LAS 的(de)濃度增加到(dao)(dao) 20mg/L，觀察到(dao)(dao)與(yu) 10mg/L 相似的(de)結果(guo)（圖(tu) 7）。

大溞(sao)的(de)(de)死亡(wang)率隨(sui)著表(biao)面張力值的(de)(de)增(zeng)加而迅(xun)速降低（圖1），圖6的(de)(de)色譜(pu)圖中推測了相(xiang)應的(de)(de)從LAS到(dao)SPC的(de)(de)化學(xue)結構變化。因(yin)此LAS的(de)(de)水生毒性降低由于 LAS 降解(jie)為 SPC，界(jie)面活性喪(sang)失可以解(jie)釋生物降解(jie)。

3.2.2、AE HPLC色譜圖(tu)的(de)變化

用高效液(ye)相色譜(pu)(pu)法分(fen)(fen)析(xi)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)降解(jie)過(guo)程中AE 的(de)(de)色譜(pu)(pu)圖(tu)如圖(tu)8 所示，其中10 毫克/升C12-AE9 的(de)(de)峰出現在(zai)11 分(fen)(fen)鐘(zhong)的(de)(de)保(bao)(bao)留(liu)(liu)(liu)時(shi)間(jian)，作(zuo)為內標的(de)(de)C18 醇出現在(zai)18 分(fen)(fen)鐘(zhong)的(de)(de)保(bao)(bao)留(liu)(liu)(liu)時(shi)間(jian)。 在(zai) 8 分(fen)(fen)鐘(zhong)的(de)(de)保(bao)(bao)留(liu)(liu)(liu)時(shi)間(jian)之前觀察到主(zhu)要由衍生(sheng)(sheng)產物(wu)(wu)引起的(de)(de)干擾(rao)峰。 10mg/L AE9 的(de)(de)大部(bu)分(fen)(fen)峰在(zai) 48 小時(shi)后消失（圖(tu) 8），而(er)圖(tu) 3 中此時(shi)基于需(xu)氧量的(de)(de)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)降解(jie)保(bao)(bao)持 35%。此時(shi)表面張力值達到約 72.8 mN/m . 因(yin)此，表明AE9在(zai)其生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)降解(jie)率(lv)低于50%的(de)(de)時(shi)間(jian)內失去了(le)其界面活性(xing)和水生(sheng)(sheng)毒性(xing)。

使用商用 AE8 進行生(sheng)(sheng)物降(jiang)解(jie)測試獲得(de)的結果(guo)如(ru)圖(tu) 9 所示，其中 C12-AE8 和 C14-AE8 的峰(feng)(feng)分(fen)(fen)(fen)別在(zai)保留(liu)時(shi)間(jian) 11 分(fen)(fen)(fen)鐘和 14 分(fen)(fen)(fen)鐘附(fu)近觀察(cha)到(dao)(dao)。 觀察(cha)到(dao)(dao)18分(fen)(fen)(fen)鐘內標(biao)峰(feng)(feng)和8分(fen)(fen)(fen)鐘前(qian)的干擾(rao)峰(feng)(feng)以及圖(tu)8中AE9的結果(guo)。24小時(shi)后(hou)觀察(cha)到(dao)(dao)AE8峰(feng)(feng)面(mian)積減少(shao)，72小時(shi)峰(feng)(feng)消失(shi)。 144 小時(shi)（6 天）后(hou)表面(mian)張力值達到(dao)(dao)約 72.8 mN/m，而生(sheng)(sheng)物降(jiang)解(jie)率(lv)僅為 45%，死亡率(lv)在(zai) 48 小時(shi)時(shi)降(jiang)至 0%（圖(tu) 5）。 與 10 mg/L AE9 的結果(guo)相似，20 mg/L AE8 的水生(sheng)(sheng)毒性在(zai)基于(yu)需氧量的生(sheng)(sheng)物降(jiang)解(jie)增加到(dao)(dao) 50% 之前(qian)消失(shi)。

圖 6 測試期間 10 mg/L LAS 的色(se)譜(pu)圖。

圖 7 測試期間 20 mg/L LAS 的(de)色(se)譜圖。

圖 8 測(ce)試期間 10 mg/L AE9 的(de)色(se)譜圖。

圖(tu)(tu) 9 測試期間 20 mg/L AE8 的色譜圖(tu)(tu)。

3.3、馴化對生物降解的影響

3.3.1、LAS重(zhong)加測(ce)試結果

生物(wu)降(jiang)解試驗(yan)中死(si)亡率(lv)降(jiang)至零(ling)，表面張(zhang)力(li)增(zeng)加(jia)至蒸餾(liu)水(shui)后，在原試液中加(jia)入一定量(liang)的(de)LAS，得到(dao)(dao)LAS的(de)初(chu)始濃度，測定水(shui)蚤的(de)表面張(zhang)力(li)和死(si)亡率(lv)magna 被(bei)觀察(cha)到(dao)(dao)。 結果如圖(tu) 10 所示，其(qi)中表面張(zhang)力(li)增(zeng)加(jia)到(dao)(dao)蒸餾(liu)水(shui)水(shui)平并且死(si)亡率(lv)在第 7 天(tian)下降(jiang)到(dao)(dao) 0%。 因(yin)此，在第 8 天(tian)重(zhong)新添(tian)加(jia) LAS。 然(ran)而，在這種情(qing)況下沒(mei)有測量(liang)基于需(xu)氧量(liang)的(de)生物(wu)降(jiang)解，因(yin)為重(zhong)新添(tian)加(jia)過程(cheng)會改變溶解氧。

結果，在第(di)8天重(zhong)新(xin)加(jia)(jia)入LAS使試液(ye)的(de)表面張(zhang)力降(jiang)(jiang)低(di)到(dao)與(yu)初始階段(duan)相同(tong)的(de)水平，但死亡(wang)率(lv)沒有(you)達(da)到(dao)100%。 重(zhong)新(xin)添加(jia)(jia)后(hou)不久，觀察到(dao)表面張(zhang)力值(zhi)迅速(su)增(zeng)加(jia)(jia)，水生毒性和死亡(wang)率(lv)迅速(su)下降(jiang)(jiang)。 重(zhong)新(xin)添加(jia)(jia) LAS 后(hou)，死亡(wang)率(lv)暫時增(zeng)加(jia)(jia)，但隨(sui)后(hou)立(li)即降(jiang)(jiang)至 0%。 重(zhong)新(xin)添加(jia)(jia)后(hou)第(di) 2 天，表面張(zhang)力值(zhi)達(da)到(dao)約 72.8 mN/m。

圖 11 顯示(shi)了 HPLC 色譜圖，表明 LAS 的峰面積在重新加(jia)入后約 5 小(xiao)時立即(ji)開始下(xia)降，并在重新加(jia)入過程后 48 小(xiao)時從測試溶(rong)液中完全消(xiao)失。

圖 10 10 mg/L LAS 馴化試(shi)驗(yan)的生(sheng)物(wu)降解(jie)和表面張力(li)。 水生(sheng)毒性以大溞的死亡率表示。

圖 11 馴化(hua)測試期間重(zhong)新(xin)添加后(hou) 10 mg/L LAS 的色(se)譜圖。 描述了重(zhong)新(xin)添加后(hou)的時間和當時的表面(mian)張力。

20 mg/L LAS（圖(tu)(tu)12）的結果與10 mg/L LAS（圖(tu)(tu)10）的結果相(xiang)似，只是表面張力值的恢復需要(yao)更長(chang)的時(shi)(shi)間(jian)，死亡率暫時(shi)(shi)達到100 %。 HPLC 色(se)譜圖(tu)(tu)顯示 LAS 的峰(feng)面積在 24 小(xiao)時(shi)(shi)內(nei)開始減少(shao)，并在重新(xin)加入后 96 小(xiao)時(shi)(shi)消失（圖(tu)(tu) 13）。

圖 12 20 mg/L LAS 馴化試驗的(de)生物(wu)降解和(he)表面張力。 水生毒(du)性以大溞的(de)死亡率(lv)表示。

圖 13 馴化試(shi)驗(yan)期間重新添加(jia) 20 mg/L LAS 后的色譜圖：描(miao)述了重新添加(jia)后的時(shi)間和當時(shi)的表面張力。

圖 14 10 mg/L 馴化(hua)試驗(yan)的(de)生(sheng)物降解和(he)表面張力 AE9：水生(sheng)毒性用大溞的(de)死亡率表示。

10 mg/L LAS 和 20 mg/L LAS 的(de)重新添加測試結果表明，馴(xun)化增加了初級生物降解率，可以通過(guo)表面張(zhang)力值(zhi)的(de)變化來識別。 LAS 馴(xun)化引起(qi)的(de) LAS 水生毒性(xing)的(de)快速(su)降低應該是評估表面活性(xing)劑環境風險的(de)重要因素(su)。

3.3.2、AE重新(xin)添(tian)加測(ce)試結果

為明(ming)確馴化對AE生物降解及(ji)相(xiang)關事項的影(ying)響(xiang)，對10mg/L AE9、20mg/L AE9和20mg/L AE8的再添(tian)加試驗測定了表面張力和死亡率(lv)； 結果分(fen)別(bie)如圖(tu) 14、15 和 16 所示。 在每個實(shi)驗中，重新(xin)添(tian)加一定量的相(xiang)同(tong) AE 以給出初始濃(nong)度。

在(zai) 10 mg/L AE9 的情(qing)況(kuang)下，在(zai)第(di) 6 天進行重新(xin)(xin)添加(jia)(jia)，因(yin)為此(ci)時死亡率和表面(mian)張(zhang)力(li)已穩定下來。 重新(xin)(xin)添加(jia)(jia)后(hou)(hou)(hou)第(di)2天表面(mian)張(zhang)力(li)恢復(fu)到蒸餾水的水平，死亡率在(zai)暫時增加(jia)(jia)到80％后(hou)(hou)(hou)立即下降到0％（圖14）。 因(yin)此(ci)得出(chu)結論，AE9 在(zai)重新(xin)(xin)添加(jia)(jia)后(hou)(hou)(hou) 24 小(xiao)時內發(fa)生(sheng)了初級生(sheng)物降解，這表明馴化加(jia)(jia)速了 AE9 的初級生(sheng)物降解。

在(zai)(zai)圖15中的20mg/L AE9的情(qing)況(kuang)下，在(zai)(zai)第(di)15天(tian)進行重(zhong)新(xin)添加并且表面張(zhang)力恢復速(su)度(du)和水生(sheng)毒(du)性降低速(su)度(du)變得比(bi)10mg/L AE9慢(man)。 在(zai)(zai)這種情(qing)況(kuang)下，最(zui)佳再(zai)讀(du)時間可以估(gu)計為 10 天(tian)，但因情(qing)況(kuang)而延(yan)遲了 5 至 6 天(tian)。

圖 15 20 mg/L AE9 馴化試驗的(de)生物(wu)降解和(he)表面張力。 水(shui)生毒性以大溞的(de)死亡率表示。

對(dui)于(yu)20 mg/L AE8，根據表(biao)(biao)面(mian)張力和死(si)亡率的(de)(de)變(bian)化在(zai)10天時(shi)重(zhong)新添(tian)加(jia)，趨勢(shi)與20 mg/L AE9的(de)(de)情(qing)況相(xiang)似。 在(zai)重(zhong)新添(tian)加(jia)后 48 小時(shi)觀察(cha)到 20 mg/L AE8 的(de)(de) HPLC 峰(feng)，峰(feng)面(mian)積表(biao)(biao)明(ming)(ming)此(ci)時(shi)保留了約 30% 的(de)(de) AE8（圖 17）。 這一(yi)事(shi)實(shi)表(biao)(biao)明(ming)(ming)，如(ru)果(guo) AE 的(de)(de)濃度增加(jia)超過 20 毫克/升(sheng)，重(zhong)新添(tian)加(jia)后 AE 的(de)(de)生(sheng)物(wu)降(jiang)解速度相(xiang)當(dang)緩慢。 可以假設 20 mg/L AE 的(de)(de)負載(zai)對(dui)于(yu)本研(yan)究中的(de)(de)細菌活(huo)性(xing)來說太重(zhong)了。 然而(er)，如(ru)果(guo)濃度低于(yu) 10 毫克/升(sheng)，無論有(you)沒有(you)馴化，都獲得了極好的(de)(de)生(sheng)物(wu)降(jiang)解性(xing)。

圖(tu) 16 20 mg/L AE8 馴化試驗的生物(wu)降解和表(biao)面張力。 水生毒性以大溞的死(si)亡率(lv)表(biao)示。

圖 17 馴化測試期(qi)間重(zhong)新(xin)添(tian)加后 10 mg/L AE9 和 20 mg/L AE8 的(de)(de)色譜(pu)圖。 描述了重(zhong)新(xin)添(tian)加后的(de)(de)時間、此時的(de)(de)表面(mian)張(zhang)力和由(you) HPLC 峰(feng)面(mian)積計(ji)算的(de)(de)去除(chu)率(lv)。

生物降解過程中對于表面活性劑AS、AE的表面活性以及水生生物毒性的性能的關系——摘要、簡介

生物降解過程中對于表面活性劑AS、AE的表面活性以及水生生物毒性的性能的關系——材料和方法

生物降解過程中對于表面活性劑AS、AE的表面活性以及水生生物毒性的性能的關系——結果與討論

生物降解過程中對于表面活性劑AS、AE的表面活性以及水生生物毒性的性能的關系——結論、致謝！