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黄河是一条酚污染较为严重的河流,严重的酚污染已经给沿黄流域的工农业生产和城镇居民生活带来了一系列危害。酚污染物在黄河中可以通过多种途径降解,生物降解是其中一条重要的方式。
对于种类繁多的酚污染物,采用定量结构一生物降解相关(QSBR)法研究其在黄河中的生物降解性是一条捷径。但是,酚类的生物降解性受到分子的结构特征和降解外部环境条件两方面因素的影响。已知的酚类QSBR模型所采用的数据多为实验室条件下的数据,跟酚类在实际环境中的降解环境差异较大。所以,目前已知的有关酚类化合物的QSBR模型能否应用于预测黄河中酚的生物降解性,仍然是一个值得探讨的问题。因此,在酚污染最为严重的黄河花园口水质和底泥环境条件的基础上,研究了酚类化合物的定量结构和生物降解性之间的关系,建立酚类化合物在黄河水中的QSBR模型和在黄河底泥中的QSBR模型,对黄河的酚污染防治与黄河生态环境保护具有重要的意义。
论文以生化需氧量(BOD)作为检测指标,分别测定了17种酚在黄河原水和黄河底泥中的生物降解过程,并计算了它们的理论耗氧量(THOD),最终以BOD<,5>/THOD值作为衡量酚的生物降解性参数。然后:(1)采用线性自由能相关法,以分子量大小(Mw)、酸离解常数的负对数(pKa)、分子最高轨道占有能(E<,homo>)作为酚类化合物的分子结构特征参数,以BOD<,5>/THOD值作为生物降解性参数,建立了酚污染物在黄河水中和黄河底泥中的QSBR模型;(2)采用基团贡献法,以不同取代基作为酚类化合物的分子结构特征参数,以BOD<,5>/THOD值作为生物降解性参数,建立了为酚类化合物在黄河水中和黄河底泥中的QSBR模型;(3)采用BP人工神经网络法,较好地预测了酚污染物在黄河水中和黄河底泥中的生物降解性。上述建模过程使用了SPSS 13.0、Matlab 6.5等计算机软件。
黄河水中和黄河底泥中酚类的QSBR模型显示:黄河中酚类污染物的生物降解性主要受到分子大小(Mw)、酸离解常数的负对数(pKa)、分子最高轨道占有能(E<,homo>)三个主要因素的影响,即酚类的可生物降解性主要受到分子空间特征和电性特征的影响。酚类化合物取代基的种类、位置、数量对酚的生物降解性影响很大,其降解性的难易程度为:-NH<,2>>-NO<,2>>-C1>-CH<,3>>-OH;取代基位置对酚降解能力的影响随取代基团的不同而不同;通常情况下除了-OH外,基团的数量增加将会降低其生物降解性。最后论文根据17种酚的BOD<,5>/THOD值,对17种酚在黄河中的生物降解性进行了评价和分类。