山東近海陸源耗氧有機物生物可利用性及其降解動力學(xué)研究?

馬云鵬， 戴愛泉，2， 李克強??， 王修林

(1.中國海洋大學(xué)海洋化學(xué)理論與工程技術(shù)教育部重點實驗室，化學(xué)化工學(xué)院，山東 青島 266100； 2.青島市環(huán)境保護科學(xué)研究院，山東 青島 266000)

山東近海陸源耗氧有機物生物可利用性及其降解動力學(xué)研究?

馬云鵬1， 戴愛泉1，2， 李克強1??， 王修林1

(1.中國海洋大學(xué)海洋化學(xué)理論與工程技術(shù)教育部重點實驗室，化學(xué)化工學(xué)院，山東 青島 266100； 2.青島市環(huán)境保護科學(xué)研究院，山東 青島 266000)

針對因不同陸源耗氧有機物組成和生物可利用性的差異，單一表觀降解模式難以滿足近海水環(huán)境管理中對耗氧有機物濃度準(zhǔn)確模擬計算的問題，選擇山東省近海典型陸源污染來源，通過實驗室受控培養(yǎng)實驗，研究不同來源耗氧有機物(以COD表征)的生物可利用性及其降解動力學(xué)規(guī)律。結(jié)果顯示，耗氧有機物的降解基本符合準(zhǔn)一級動力學(xué)規(guī)律，即先快后慢最后趨于穩(wěn)定的降解規(guī)律，且不同陸源耗氧有機物降解速率常數(shù)及生物可利用性存在顯著差異(P<0.01)。其中，紡織印染廠來源耗氧有機物的生物可利用性最大，約為92%，其次為污水處理廠和小清河來源，而虞河和啤酒廠來源最??；啤酒廠來源耗氧有機物降解速率常數(shù)最高，約為0.40 d-1，其次為污水處理廠來源，而小清河、虞河以及印染廠來源最低。根據(jù)降解速率常數(shù)的不同，可以將不同來源的耗氧有機物分為四類：食品工業(yè)源(啤酒廠)生物可利用組分，城鎮(zhèn)生活源(污水處理廠)生物可利用組分，河流綜合源(小清河、虞河和印染廠)生物可利用組分以及難降解組分。污水處理廠來源耗氧有機物培養(yǎng)實驗結(jié)果表明，耗氧有機物的降解速率常數(shù)隨溫度的升高及攪拌速率的增強而增大，生物可利用性則隨水動力條件的增強而增大。本文研究結(jié)果可為提高水環(huán)境管理中水質(zhì)模擬計算準(zhǔn)確性提供實驗支持。

降解動力學(xué)；生物可利用性；耗氧有機物(COD)；降解速率常數(shù)；山東近海

近年來，山東省近海海域，如萊州灣、乳山灣、膠州灣等半封閉海灣耗氧有機物污染嚴(yán)重，導(dǎo)致季節(jié)性缺氧或低氧區(qū)域的形成[1-2]，對海區(qū)初級生產(chǎn)力和浮游植物的分布產(chǎn)生直接影響[3]。此外，山東近海海域赤潮、綠潮頻發(fā)[4-7]，可能與耗氧有機物能夠為赤潮生物的生長提供碳源有關(guān)[8]。然而，隨著山東省社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，山東近海海域耗氧有機物污染尚未得到有效緩解，特別是河口及膠州灣等半封閉海灣灣頂區(qū)域以化學(xué)需氧量(COD)表征的耗氧有機物超標(biāo)海域面積占比呈明顯升高趨勢[9]。實施陸源COD等污染物排海總量控制管理是近海水環(huán)境質(zhì)量改善的有效措施，也是國家“水污染防治行動計劃”的重要內(nèi)容，在技術(shù)支撐上需要COD污染物水質(zhì)模擬計算準(zhǔn)確性的提高，進而可提高COD污染物總量控制工作的效率性。

陸源污染排放是自然水體中耗氧有機物的主要來源之一[8，10]。對于陸源耗氧有機物生物可利用性的研究始于1927年關(guān)于生活污水中有機污染物降解規(guī)律的研究[11]。耗氧有機物的生物可利用性主要通過培養(yǎng)實驗手段研究。Skopintsev和Ovtshinnikova在有氧條件下將生活污水與天然水混合，模擬研究了自然水體中陸源耗氧有機物的微生物降解情況[12]。Krause等的研究結(jié)果表明，耗氧有機物組分復(fù)雜，其中蛋白質(zhì)和碳水化合物易被微生物利用，而腐殖質(zhì)組分較難分解[13-14]。Richards等在對Nitinat湖和黑海的有機物降解動力學(xué)的研究中提出耗氧有機物組分中不穩(wěn)定的有機化合物最易被生物分解利用，因此降解實驗開始時降解速率較大，而后期較穩(wěn)定的有機成分的降解帶來的影響增加而導(dǎo)致降解速率減小[15-16]。隨著人類活動影響的增大，對于耗氧有機物生物可利用性的研究多結(jié)合在對于工業(yè)污水[17-19]、飲用水[20-21]及生活污水[22-24]處理技術(shù)的研究中，并開始應(yīng)用于廢水生物處理的數(shù)學(xué)模式[25]及各類海洋水質(zhì)模型[26]中。

對于水體中耗氧有機物的降解動力學(xué)過程，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為其符合一級反應(yīng)動力學(xué)方程[27-28]。一級動力學(xué)方程中的表觀降解速率常數(shù)，可以反映耗氧有機污染物在水體中自凈降解速度的快慢[29]。降解系數(shù)亦可通過培養(yǎng)實驗[30-31]確定。但亦有學(xué)者通過人工添加與自然水體中成分近似的有機試劑對耗氧有機物的降解動力學(xué)過程進行研究，并提出了可以運用米氏(Michaelis-Menten)方程[32]及Monod方程[33-35]描述底物耗氧有機物變化過程。耗氧有機物作為混合物，其生物可利用性及降解動力學(xué)主要與組成有關(guān)，不同成分間可能會相互抑制或促進，導(dǎo)致耗氧有機物的表觀降解速率發(fā)生變化。例如，Reardon等將由不同有機物混合而成的耗氧有機物生物降解動力學(xué)進行比較，結(jié)果顯示其生物可利用性和降解速率有顯著不同[36]。同時，耗氧有機物的生物可利用性及降解動力學(xué)還受溫度、鹽度、污染物(底物)起始濃度、微生物種類和數(shù)量、pH及水動力條件等環(huán)境因素的影響[22-23，37-38]。宋學(xué)宏等研究了陽澄湖河蟹養(yǎng)殖區(qū)水體中耗氧有機物生化降解規(guī)律，結(jié)果顯示水溫與降解系數(shù)密切相關(guān)[39]。郭棟鵬等對黃海南部海水耗氧有機物降解動力學(xué)的研究，指出初始濃度和溫度是影響其降解速率的重要因素，而氯度、pH和懸浮泥沙含量影響不顯著[40]。

隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，陸源污染物結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化，生活污水和工業(yè)廢水占比增大[41]，導(dǎo)致陸源耗氧有機物組成和性質(zhì)發(fā)生變化。不同耗氧有機物的組成不同，其生物可利用性和降解動力學(xué)規(guī)律可能也存在差異[34]。目前，相關(guān)的研究難以滿足近海水環(huán)境管理對耗氧有機物濃度準(zhǔn)確模擬計算的要求。因此，本文通過選擇5個山東省近海典型陸源污染源，通過實驗室受控培養(yǎng)實驗，以COD為表征指標(biāo)，運用準(zhǔn)一級動力學(xué)方程研究耗氧有機物生物可利用性及其降解動力學(xué)規(guī)律，為提高水環(huán)境管理中水質(zhì)模擬計算準(zhǔn)確性提供實驗支持。

1 材料與方法

1.1 取樣

山東省陸源耗氧有機物來源主要可以分為農(nóng)業(yè)源、工業(yè)源和城鎮(zhèn)生活源，不同來源的陸源耗氧有機物組成差別較大。為使污染物來源能夠基本涵蓋主要的入海污染物來源，選取小清河下游、虞河下游、青島麥島公共污水處理廠排污口、麗源印染廠排污口及青島第二啤酒廠排污口作為水樣采集點(見圖1)。其中，小清河代表綜合源，虞河代表農(nóng)業(yè)源，印染廠和啤酒廠分別代表各自行業(yè)工業(yè)源，直排海公共污水處理廠代表城鎮(zhèn)生活源(見表1)。應(yīng)當(dāng)指出，山東省沿海地區(qū)工業(yè)企業(yè)種類繁多，耗氧有機物來源以紡織、印染、食品、機械制造、造紙等行業(yè)為主，本研究選取食品行業(yè)的啤酒廠和紡織印染行業(yè)的紡織印染廠作為典型工業(yè)源。海水取自萊州灣(初始COD濃度1.7 mg/L)和膠州灣(初始COD濃度1.1 mg/L)近岸海域。河流樣品均在斷面中間位置采樣且均取自表層。樣品冷藏保存，并迅速轉(zhuǎn)移至實驗室。

(WWTF、YR、WQH、YH和PJ分別代表青島麥島污水處理廠、紡織印染廠、小清河、虞河和青島第二啤酒廠來源.WWTF, YR, WQH, YH and PJ separately stand for Qingdao Maidao wastewater treatment plant, printing and dyeing mill, Xiaoqing river, Yu river and Qingdao No.2 brewery)

圖1 陸源`

Fig.1 The sampling stations of typical terrigenous

oxygen-consumed organic matter and the basin of rivers

1.2 培養(yǎng)實驗

耗氧有機物的濃度以COD表征，采用堿性高錳酸鉀法測定，避免在酸性介質(zhì)中氯離子的干擾。

針對不同來源的耗氧有機物在海域中的生物可利用性和降解動力學(xué)實驗，參考排污口混合區(qū)COD的濃度設(shè)置不同濃度梯度(見表1)，將不同來源的水樣與海水混合，其中紡織印染廠、虞河及小清河三組培養(yǎng)實驗采用萊州灣海水，啤酒廠及污水處理廠培養(yǎng)實驗采用膠州灣海水，以不添加陸源耗氧有機物的海水樣品為空白對照組。

陸源耗氧有機物主要來自于生活源，青島市麥島污水處理廠作為典型城鎮(zhèn)生活源，環(huán)境因素對其耗氧有機物的影響具有代表性。為此，以青島市麥島污水處理廠為例，設(shè)置了不同溫度、水動力條件下的培養(yǎng)實驗。其中，根據(jù)山東近海水溫變化范圍，分別設(shè)置12、16、20和26℃ 4個溫度梯度；采用攪拌轉(zhuǎn)速表征水動力條件，在相同初始濃度及溫度等條件下，設(shè)置0、200、391、579和810 r/min 5個轉(zhuǎn)速梯度。

表1 各采樣點編號、采樣位置和初始濃度設(shè)置

分別于2013年8、10月、2014年3、5月開展不同季節(jié)(溫度)培養(yǎng)實驗，于2014年5月開展不同污染物來源、不同初始污染物濃度及不同水動力條件培養(yǎng)實驗。培養(yǎng)實驗裝置為15 L敞口對苯二甲酸乙二酯(PET)桶，培養(yǎng)體積12 L，每個實驗組設(shè)置兩個平行樣。每天定時搖動，起到大氣復(fù)氧作用，并保持微小顆粒呈懸浮狀態(tài)。使用日光燈模擬光照，光照強度為50 W·m-2，光暗比為12∶12。使用水浴控制實驗體系溫度。實驗期間，實驗組鹽度平均為(17.48±6.03)。在實驗開始階段，每天上午9∶00時從培養(yǎng)體系中取樣測定，實驗后期逐漸延長采樣周期。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

根據(jù)文獻研究結(jié)果，有機物降解動力學(xué)過程在較短時間內(nèi)(約6～8 d)符合一級反應(yīng)動力學(xué)方程[37，39]。但在較完整的COD降解周期內(nèi)存在難降解的有機成分[30]，因此，應(yīng)采用能夠體現(xiàn)難降解COD組分的準(zhǔn)一級動力學(xué)方程描述COD降解動力學(xué)過程[42-43]：

COD(t)=BCOD·exp(-k·t)+RCOD。

(1)

其中：COD、BCOD和RCOD分別表示耗氧有機物、易降解和難降解有機物濃度，mg/L；k表示降解速率常數(shù)，d-1；t表示時間。使用origin8.0軟件對各組已扣除海水COD空白值的結(jié)果進行非線性擬合。

根據(jù)方程(2)計算耗氧有機物生物可利用性(BCOD%)：

(2)

2 實驗結(jié)果

2.1 不同來源耗氧有機物的培養(yǎng)實驗結(jié)果

在20 ℃實驗條件下，不同來源不同初始濃度組的COD濃度變化及擬合曲線如圖2所示。結(jié)果表明，所有實驗組COD濃度變化均呈現(xiàn)先快后慢的下降趨勢，其降解動力學(xué)過程均符合方程1所述動力學(xué)過程。

分別將5個不同來源的耗氧有機物實驗組中對應(yīng)不同初始濃度COD(0)的參數(shù)k和BCOD%進行拉格朗日插值到對應(yīng)初始濃度為3.0、4.0、5.0、6.0、7.0 mg/L，然后進行雙因素顯著性分析。結(jié)果表明，對于相同來源、不同COD初始濃度的實驗組的降解速率常數(shù)k和BCOD%值，組間均無顯著性差異(P >0.05)。說明不同COD初始濃度下，k值和BCOD%值基本恒定，可取不同初始濃度的平均值和偏差表示各COD污染來源的k值和BCOD%值。

在20 ℃、無攪拌條件下各不同耗氧有機物來源的實驗組的k值和BCOD%值如圖3所示。

結(jié)果表明，不同來源的耗氧有機物的降解速率常數(shù)和生物可利用性不同。其中，啤酒廠來源耗氧有機物降解速率常數(shù)k最大，約為(0.40±0.026) d-1，其次為污水處理廠，約為(0.28±0.018) d-1，紡織印染廠、小清河和虞河k值最小，約為0.042～0.072 d-1。紡織印染廠來源的耗氧有機物的生物可利用性最大，BCOD%值為(92±2.9)%，其次分別為小清河和污水處理廠，BCOD%值分別為(70±6.4)%和(58±1.2)%，虞河和啤酒廠最小，BCOD%分別為(24±5.3)%和(25±8.3)%。

2.2 不同溫度條件下的培養(yǎng)實驗結(jié)果

不同溫度條件下麥島污水處理廠COD濃度隨時間變化情況及擬合曲線如圖4所示。不同溫度條件下的COD降解動力學(xué)過程均符合方程(1)所示先快后慢的降解過程。各組COD降解速率常數(shù)k和BCOD%值如圖5所示。結(jié)果表明，COD降解速率常數(shù)k隨溫度增加而增大，存在顯著性差異(P<0.05)。 其中，溫度為12℃時，降解速率常數(shù)k值最小，為(0.14±0.032)d-1，溫度為26℃時，k值最大，約為(0.48±0.056)d-1。k隨水溫的升高而升高，表明當(dāng)環(huán)境溫度升高時，COD污染物降解速率會加快，與張世坤等的研究結(jié)果一致[44]。而BCOD%在不同溫度下組間差異不顯著(P>0.1)。

(其中，WWTF、YR、WQH、YH和PJ分別代表污水處理廠、紡織印染廠、小清河、虞河和啤酒廠來源；編號1～5表示COD初始濃度由低到高的不同組別。(WWTF, YR, WQH, YH and PJ separately stand for Qingdao Maidao wastewater treatment plant, printing and dyeing mill, Xiaoqing river, Yu river and Qingdao No.2 brewery; ID from No.1 to No.5 are different groups as initial concentration of COD.)

圖2 耗氧有機物(COD)降解實驗結(jié)果(點)及擬合結(jié)果(線)

Fig.2 The degradation experiment’s result (points) and fitting result (lines) of oxygen-consumed organic matter

圖3 不同來源耗氧有機物降解速率常數(shù)(k)和生物可利用性(BCOD%)Fig.3 The degradation rate constants (k) and bioavailability (BCOD%) of oxygen-consumed organic matter from different sources

2.3 不同水動力條件下的培養(yǎng)實驗結(jié)果

針對污水處理廠排污口來源耗氧有機物，不同水動力條件下COD濃度隨時間變化情況及擬合曲線如圖6所示。結(jié)果表明，隨著攪拌速率增加，降解速率加快。其中，COD降解速率常數(shù)k隨攪拌速率增加呈上升趨勢(見圖7)，與Devi R.等對COD降解動力學(xué)的研究結(jié)果一致[23]。攪拌速率對BCOD%值的影響與k相同，污水處理廠來源的耗氧有機物的BCOD%值呈上升趨勢，最大生物可利用性變化幅度約5.2%。

圖4 不同溫度條件下耗氧有機物(COD)降解實驗結(jié)果Fig.4 The degradation experiment results of oxygen- consumed organic matter in different temperature

圖5 溫度對降解速率常數(shù)(k)及生物 可利用性(BCOD%)的影響Fig.5 The effect of temperature on degradation rate constants (k) and bioavailability (BCOD%)

圖6 不同攪拌速率條件下污水處理廠 來源耗氧有機物(COD)降解曲線擬合Fig.6 The degradation curves of oxygen-consumed organic matter from WWTF in different stirring conditions

圖7 攪拌速率對耗氧有機物降解速率 常數(shù)(k)和生物可利用性(BCOD%)的影響Fig.7 The effect of stirring rate conditions on oxygen-consumed organic matter′s degradation rate constants (k) and bioavailability (BCOD%)

3 討論

3.1 不同來源對耗氧有機物生物可利用性及降解速率常數(shù)的影響

對于降解速率常數(shù)k，以綜合源為主的小清河和以農(nóng)業(yè)面源為主的虞河的耗氧有機物k值較小；來自城鎮(zhèn)生活源為主的青島市麥島污水處理廠耗氧有機物的k值相對于農(nóng)業(yè)和綜合源明顯升高。這與來自入海河流和公共污水處理廠的有機污染物組成密切相關(guān)。河流中的有機污染物多來自于農(nóng)田、林地等沖刷帶來的腐殖質(zhì)及其它各類有機質(zhì)的分解產(chǎn)物，而腐殖質(zhì)等通常為難降解有機質(zhì)，因此k值較小。而城鎮(zhèn)生活污水中的有機質(zhì)多為淀粉、糖類及蛋白質(zhì)等易降解物質(zhì)，因此k值相比河流的k值明顯增大。對于不同直排海企業(yè)的耗氧有機物降解速率常數(shù)k差異較大，平均為(0.24±0.16) d-1，這與工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品性質(zhì)等因素有密切關(guān)系。其中，青島第二啤酒廠的耗氧有機物的降解速率常數(shù)是所有實驗組別中最高的；而來自麗源印染廠的耗氧有機物k值較小，與河流農(nóng)業(yè)源和綜合源的k值近似。顯著性分析表明，不同污染來源的k值組間差異性不同，紡織印染廠(YR)和小清河(XQH)的k值無顯著性差異(P>0.05)，而其它各組間均存在顯著性差異(P<0.01，表2)。

生物可利用性(BCOD%)與降解速率常數(shù)不同，農(nóng)業(yè)面源為主的虞河和綜合源為主的小清河的BCOD%值相差較大，這是由于小清河流域同時容納了生活源和工業(yè)源污染來源的耗氧有機物。顯著性分析表明，不同耗氧有機物來源組間差異性不同(見表2)，啤酒廠(PJ)和虞河(YH)來源的耗氧有機物的BCOD%值無顯著性差異(P>0.05)，而其它來源組間差異性均顯著(P<0.01)。

表2 不同來源的耗氧有機物組間降解速率常數(shù)(k)和生物可利用性(BCOD%)顯著性分析

Note: ++ 數(shù)據(jù)在P<0.01 條件下有顯著性差異 There are significant difference whenp<0.01+ 數(shù)據(jù)在P<0.05條件下有顯著性差異 There are significant difference whenp<0.05—數(shù)據(jù)在P<0.05條件下無顯著性差異There are no significant difference whenp<0.05

使用SPSS20.0的聚類分析功能對5個不同來源的耗氧有機物降解速率常數(shù)k值進行聚類分析，采用k-means cluster聚類方法，結(jié)果如圖8所示。

圖8 按降解速率常數(shù)(k)值聚類分析示意圖Fig.8 The cluster analysis diagram based on the degradation rate constants (k)

結(jié)果表明，在溫度為20℃，初始COD濃度為7.0 mg/L時，根據(jù)降解速率常數(shù)k，可將耗氧有機物生物可利用組分分為3類(見表3)：啤酒廠食品工業(yè)源耗氧有機物(BCOD1)，污水處理廠城鎮(zhèn)生活源耗氧有機物(BCOD2)，小清河、虞河、紡織印染廠綜合源耗氧有機物(BCOD3)。而不同來源耗氧有機物難降解組分為單獨一類(RCOD)。虞河和小清河屬于農(nóng)業(yè)面源污染，有機物經(jīng)長距離輸送，生物可降解性和生物可利用性降低，且組成上以難降解的腐殖質(zhì)居多，故k值較低；而同為工業(yè)源，由于生產(chǎn)對象及生產(chǎn)工藝的不同，啤酒廠污水中主要是氨基酸、糖類等易降解有機物，而印染廠則主要是芳香、雜環(huán)類等難降解有機物，結(jié)果啤酒廠COD的k值遠(yuǎn)高于印染廠；作為城鎮(zhèn)生活源的污水處理廠，其中的污染物多為蛋白質(zhì)、胺類等易降解的有機物，其COD的k值僅次于啤酒廠。

3.2 溫度對降解速率常數(shù)和生物可利用性的影響

來源于青島市麥島污水處理廠的耗氧有機物，在實驗設(shè)定的水溫范圍內(nèi)，降解速率常數(shù)k與溫度T(℃)的關(guān)系可以用如下關(guān)系式表示：

kT=k20(℃)θT-20。

(4)

根據(jù)實驗結(jié)果，得=1.079，與Schroopfer(1.056)和Moore(1.065)的研究結(jié)果基本一致。

根據(jù)Arrheniux方程[45]：

(5)

圖9 lnk與關(guān)系示意圖Fig.9 The relationship between lnk and 1/T

(6)

計算得到耗氧有機物降解過程的表觀活化能E為58.10 kJ/mol。比陳松等[46]的研究結(jié)果27.00 kJ/mol明顯增大，推測是由于陳松等的實驗時間約為6d，而本研究中的實驗時間相對較長(20d)，有更多的難降解耗氧有機物組分參與反應(yīng)，導(dǎo)致其表觀活化能結(jié)果升高。

表3 陸源耗氧有機物聚類分析結(jié)果及參數(shù)范圍

3.3 攪拌速率對降解速率常數(shù)和生物可利用性的影響

COD的降解實際上是一個微生物的耗氧降解過程。針對麥島污水處理廠耗氧有機物，在溫度20℃條件下，隨著攪拌速率的增加，一方面，實驗體系中的溶解氧含量增加，另一方面，在攪拌的條件下，水體中的有機物與微生物接觸得更加充分，導(dǎo)致COD降解速率增大,生物可利用性提高[47]。若將不同攪拌速率近似看作不同水動力條件，可以預(yù)測，耗氧有機物降解速率常數(shù)k和生物可利用性BCOD%值隨湍流速率增加均有緩慢上升的趨勢。

4 結(jié)語

不同來源的耗氧有機物降解速率常數(shù)k和生物可利用性BCOD%值存在顯著差異，按照降解速率常數(shù)聚類分析結(jié)果，可將不同來源的耗氧有機物分為4類(BCOD1、BCOD2、BCOD3和RCOD)。陸源耗氧有機物降解速率常數(shù)k和生物可利用性BCOD%受溫度、攪拌速率和鹽度等環(huán)境因素影響，其中，k隨溫度升高而顯著增加，k和BCOD%均隨攪拌速率增強而顯著增加。研究結(jié)果可應(yīng)用于水質(zhì)模型的修正中，為提高水環(huán)境管理中水質(zhì)模擬計算準(zhǔn)確性提供實驗支持。

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責(zé)任編輯 徐 環(huán)

A Research for the Bioavailability and Degradation Kinetics of the Oxygen-ConsumedOrganic Matter from Coastal Sea of Shandong Province

MA Yun-Peng1, DAI Ai-Quan1,2, LI Ke-Qiang1, WANG Xiu-Lin1

(1.Key Laboratory of Marine Chemistry Theory and Technology, Ministry of Education, College of Chemistry and Chemical Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266100, China; 2.Qingdao Research Academy of Environmental Sciences, Qingdao 266000, China)

It is difficult to simulate well on the concentration distribution of oxygen-consumed organic matter(characterized by COD)based on a single overall degradation modelwith respect to the bulk organic matterincoastal water,because of the differences in composition and bioavailability of terrigenous COD.Thetypical COD sources in Shandong provincewere chosen to study bioavailability and degradation kinetics of COD by laboratory culture. The results show thatthe degradation of COD basically followed the first-order kinetic law which is fast followed slow and tending to be sable finally; andthe degradation rate constants and bioavailability of different terrigenous COD exist significant differences(P<0.01).The bioavailability of COD fromprinting and dyeing mill source is maximum, about 92%, following by wastewater treatment plant and Xiaoqing river sources, whilstthe brewery and Yu river sources are minimum; thedegradation rate constantsof COD fromthe brewery source is maximum,about 0.40 d-1following by wastewater treatment plant source, whilstXiaoqing river, Yu river and the printing and dyeing mill sources are minimum. Based on the differences of degradation rate constants, COD from different sources can be divided into four types: food industry source’s (brewery) COD, domestic pollution source’s (wastewater treatment plant) COD, river integrated pollution source’s (Xiaoqing river, Yu river and the printing and dyeing mill) COD and refractory COD. The results of the culture experiment of COD from wastewater treatment plant show that the degradation rate constants of COD increase with rising of temperature and stirringrate, and the bioavailability increases with rising of stirring rate. The results of the study can provide support for increasing accuracy of water quality simulations in water environment management.

degradation kinetics; bioavailability; oxygen-consumed organic matter (COD); degradation rate constant; coastal sea of Shandong

國家自然科學(xué)基金委員會-山東省人民政府聯(lián)合資助海洋科學(xué)研究中心項目(U1406403)資助 Supported by NSFC-Shandong Joint Fund for Marine Science Research Centers (U1406403)

2016-03-11;

2016-05-15

馬云鵬(1991-)，男，碩士生。E-mail:353067464@qq.com

?? 通訊作者：E-mail： likeqiang@ouc.edu.cn

P734.5

A

1672-5174(2017)07-079-10

10.16441/j.cnki.hdxb.20160066

馬云鵬，戴愛泉，李克強,等.山東近海陸源耗氧有機物生物可利用性及其降解動力學(xué)研究[J].中國海洋大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2017, 47(7): 79-88

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