自然水体生物膜体系中过氧化氢浓度的影响因素

doi:10.7503/cjcu20150102

高等学校化学学报 ›› 2015, Vol. 36 ›› Issue (7): 1337.doi: 10.7503/cjcu20150102

自然水体生物膜体系中过氧化氢浓度的影响因素

董德明, 孙家倩, 赵天宇, 李明, 花修艺(), 梁大鹏, 郭志勇

吉林大学地下水资源与环境教育部重点实验室, 水资源与水环境吉林省重点实验室,环境与资源学院, 长春 130012

收稿日期:2015-01-29 出版日期:2015-07-10 发布日期:2015-06-17
作者简介:联系人简介: 花修艺, 男, 博士, 教授, 博士生导师, 主要从事环境化学研究. E-mail:huaxy@jlu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(批准号: 21277056)和国家“水体污染控制与治理”科技重大专项项目(批准号: 2012ZX07202009)资助

Investigation on the Factors Affecting Hydrogen Peroxide Concentrations in Natural Biofilm Systems^†

DONG Deming, SUN Jiaqian, ZHAO Tianyu, LI Ming, HUA Xiuyi^*(), LIANG Dapeng, GUO Zhiyong

Key Lab of Groundwater Resources and Environment of Ministry of Education, Key Lab of Water Resources and Aquatic Environment of Jilin Province, College of Environment and Resources, Jilin University, Changchun 130012, China

Received:2015-01-29 Online:2015-07-10 Published:2015-06-17
Contact: HUA Xiuyi E-mail:huaxy@jlu.edu.cn
Supported by:
† Supported by the National Natural Science Foundation of China(No.21277056) and the Major Science and Technology Program for Water Pollution Control and Treatment in China(No.2012ZX07202009)

摘要/Abstract

摘要：

以过氧化氢(H₂O₂)为自然水体生物膜产生的活性氧(ROS)的代表, 通过模拟实验, 研究了水-自然水体生物膜体系中光/暗变化、生物膜的避光预处理与数量、有机配体和pH值对体系中H₂O₂浓度的影响. 结果表明, 光照可快速增加体系中H₂O₂浓度, 光照转为无光时体系H₂O₂浓度下降(约为光照时的2/3); 避光预处理会显著降低体系中H₂O₂的产生速率和浓度; 生物膜数量的增减会导致体系H₂O₂浓度的相应增减; 有机配体的存在会使体系内H₂O₂浓度下降(约1/2~1/3); pH=7和5的体系中H₂O₂的浓度高于pH=9的体系(高出约1.5倍). 上述各因素主要通过影响生物膜生产H₂O₂、 H₂O₂自然分解和生物膜去除H₂O₂ 3种作用来影响体系H₂O₂浓度.

关键词: 自然水体生物膜, 过氧化氢, 影响因素, 可见光照, 光合作用

Abstract:

In this study, hydrogen peroxide(H₂O₂) was selected as a representative of reactive oxygen species(ROS) to investigate the effect of factors, such as light/dark variation, dark pretreatment of biofilms, biofilm quantity, presence of ligands and pH value of the solutions, on H₂O₂ concentrations in natural biofilms-water systems. The results indicated that H₂O₂ concentration increased rapidly under illumination, and the H₂O₂ concentration decreased(to about 2/3) when the systems switched to darkness. Dark pretreatment signi-ficantly reduced both the H₂O₂ concentrations and the increasing rate. The increase and decrease of biofilm quantity led to corresponding change of H₂O₂ concentrations in the systems. The presence of organic ligands reduced the H₂O₂ concentrations(by about 1/2—1/3). H₂O₂ concentrations in neutral and acidic systems(pH=7 and 5) were about 1.5 times as high as that in basic system(pH=9). These factors affected H₂O₂ concentrations in the biofilm systems by affecting three key processes, which were H₂O₂ generation of natural biofilms, H₂O₂ decomposition and H₂O₂ removal by biofilms.

Key words: Natural biofilm, Hydrogen peroxide, Affecting factor, Visible light illumination, Photosynthesis

中图分类号:

TrendMD:

董德明, 孙家倩, 赵天宇, 李明, 花修艺, 梁大鹏, 郭志勇. 自然水体生物膜体系中过氧化氢浓度的影响因素. 高等学校化学学报, 2015, 36(7): 1337.

DONG Deming, SUN Jiaqian, ZHAO Tianyu, LI Ming, HUA Xiuyi, LIANG Dapeng, GUO Zhiyong. Investigation on the Factors Affecting Hydrogen Peroxide Concentrations in Natural Biofilm Systems^†. Chem. J. Chinese Universities, 2015, 36(7): 1337.

图/表 5

Fig.1 Effect of light/dark variation on H2O2 concentrations in the biofilm systems(A) and H2O2 concentrations in the H2O2 solutions with and without light(B)(n=3)(B) Initial H2O2 concentrations: a, b. 60 μmol/L; c, d. 40 μmol/L; e, f. 20 μmol/L. a, c, e. in darkness; b, d, f. with light.

Fig.2 Effect of dark pretreatment on H2O2 concentrations in the biofilm systems with(A) and without(B) light(n=3)Dark pretreatment time/h: a. 0; b. 12; c. 24.

Fig.3 Effect of biofilm quantity variation(A) and addition of H2O2(B) on H2O2 concentrations in the biofilm systems with light(n=3)(A) a. 4+4 bioflims; b. 4+2 biofilms; c. 4 biofilms; d. 4-2 biofilms; e. 4-4 biofilms. (B) a. 2 biofilms+H2O2; b. 2-2 biofilms+H2O2; c. 4 biofilms; d. 2+2 bioflims.

Fig.4 Effect of organic ligands on H2O2 concentrations in the biofilm systems(A) and H2O2 solutions(B)(n=3) a. Biofilms; b, c and d. biofilms with TA, EDTA and DTPA, respectively.

Fig.5 Effect of pH value on H2O2 concentrations in the biofilm systems(A) and in the H2O2 solutions(B) with light(n=3)pH: a. 5; b. 7; c. 9.

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