Separate and Combined Environmental Behaviour of Surfactants and Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs)

Ou, Ziqing

Ziqing Ou

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Originaltitel:: Separate and Combined Environmental Behaviour of Surfactants and Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs)
Übersetzter Titel:: Separates und Kombiniertes Umweltverhalten der Tenside und Polyzyklischer Aromatischer Kohlenwasserstoffe (PAKs)
Autor:: Ou, Ziqing
Jahr:: 2000
Dokumenttyp:: Dissertation
Fakultät/School:: Fakultät Wissenschaftszentrum Weihenstephan
Betreuer:: Kettrup, A. (Prof. Dr.)
Gutachter:: Kettrup, A. (Prof. Dr.); Nießner, R. (Prof. Dr.)
Format:: Text
Sprache:: en
Fachgebiet:: UMW Umweltschutz und Gesundheitsingenieurwesen; CHE Chemie; CIT Chemie-Ingenieurwesen, Technische Chemie, Biotechnologie
Stichworte:: Tenside; PAKs; Adsorption; Migration; Toxizität; Abbaubarkeit; Sanierung; Kombinierte Wirkung
TU-Systematik:: UMW 141d ; CHE 665d ; CIT 780d
Kurzfassung:: Surfactants and their effects on the behaviour and toxicity of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) were studied. Six surfactants covering a wide range of different types and characteristics were examined: anionic LAS, cationic TDTMA, nonionic Tween-80, Brij30, 10LE, and Brij35. PAHs studied include pyrene and benzo[a]. Adsorption of LAS on soils underwent two stages: linear and exponential adsorption. Its mechanism was mainly specific site surface interactions and adsorption capacity depended on soil physical clay content. LAS significantly influenced the adsorption of phenanthrene on soil. The velocity of LAS migration in soil was dependent on water flow flux and independent of its concentration. The migration of selected PAHs in soil was slow and followed the order of phenanthrene > pyrene > benzo[a]pyrene. The presence of LAS or Tween-80 could enhance their migration. Phenanthrene and all test surfactants were toxic to Vibrio fischeri in a descendent order of TDTMA > phenanthrene > Brij30 > 10LE > LAS > Brij35 > Tween-80. The impact of nonionic surfactants and phenanthrene was reversible. The combination of phenanthrene and surfactants was more toxic to the bacteria in an order of TDTMA > Brij30 > LAS > Brij35 > 10LE > Tween-80. The combined effects of phenanthrene with the later four surfactants were underadditive or antagonistic while overadditive or synergistic with TDTMA and Brij30. Mycobacterium sp. could grow on Tween-80 and Brij surfactants as sole carbon and energy source but not on LAS and TDTMA. The toxicity of Brij surfactants increased with the increase of ethoxylate group in their molecules, which was contrary to the responses of Vibrio fischeri. TDTMA was the most toxic, followed by LAS and Brij35. The combined effects of phenanthrene with Tween-80 or Brij surfactants were positive and additive while negative with LAS or TDTMA. LAS and Tween-80 had similar effects on soil microorganisms as on Mycobacterium sp. TDTMA was less toxic to soil microorganisms than LAS though the former was much more toxic to Mycobacterium sp. and Vibrio fischeri than the later. Phenanthrene exhibited completely contrary effects on soil microbial activities in different soils. The coexistence of any test surfactants could generally increase soil microbial activities. The combined effects of PAHs with TDTMA were overadditive while with Tween-80 was slightly overadditive at low respiration levels and underadditive at high levels. The presence of surfactants inhibited the biodegradation of phenanthrene by Mycobacterium sp. in a descent order of TDTMA > LAS > Tween-80. The biodegradation of pyrene in soil was much lower than that of phenanthrene. LAS and TDTMA at low concentrations and Tween-80 enhanced the biodegradation of both PAHs. Surfactant concentrations, at which the biodegradation of PAHs was enhanced or inhibited, varied significantly among soils. The relationship between enhancement of phenanthrene biodegradation and microbial activities was also remarkably different among soils and among surfactants. Mycobacterium sp. strain KR2 could grow on solid phenanthrene through direct contact. It was inhibited by LAS, TDTMA, Brij30 and 10LE, while enhanced by Tween-80 and Brij35. The mineralization and metabolism of phenanthrene were quick in wheat-solution-lava microcosm. The presence of Tween-80 significantly increased the metabolism of phenanthrene. «
Surfactants and their effects on the behaviour and toxicity of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) were studied. Six surfactants covering a wide range of different types and characteristics were examined: anionic LAS, cationic TDTMA, nonionic Tween-80, Brij30, 10LE, and Brij35. PAHs studied include pyrene and benzo[a]. Adsorption of LAS on soils underwent two stages: linear and exponential adsorption. Its mechanism was mainly specific site surface interactions and adsorption capacity depende... »
Übersetzte Kurzfassung:: Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich über die Wechselwirkungen von sechs Tensiden (anionische, kationische und nichtionogene), die als Vertreter der im kommerziellen Einsatz befindlichen ausgesucht wurden, mit Phenanthren, Pyren, Benz[a]pyren als Vertreter der PAKs (Polyzyklischer Aromatischer Kohlenwasserstoffe) in unterschiedlichen Bodentypen. Die Adsorption von LAS (Lineares Alkylbenzolsulfonat) an untersuchten Böden verlief je nach der physikalischen Beschaffung der Böden linear oder exponential. LAS beeinflusste sehr stark das Adsorptionsverhalten des Pheanthrens. Hohe LAS Konzentrationen im Boden reduzierten die Adsorption. Die Perkolationsgeschwindigkeit von LAS war konzentrationsabhängig. Die Mobilität der drei PAKs im Boden war gering und folgte der Rangordnung Phenanthren> Pyren> Benz[a]pyren. Bei Anwesenheit von LAS und Tween-80 war die Bodenmigration erhöht. Phenanthren und alle sechs getesteten Tenside zeigten eine starke Hemmung im Leuchtbakterienhemmtest mit Vibrio fischeri. Die Toxizität war höher wenn die beiden Chemikalien zusammen appliziert wurden. Mycobacterium sp. akzeptierte Tween-80 und Brij 30/35 als alleinige Kohlenstoff- und Energie-Quelle und wuchs in deren Anwesenheit, während bei Zugabe von LAS und TDTMA keine wachstumsfördernde Wirkung zu sehen war. Unter den eingesetzten Tensiden hatte TDTMA das höchste toxische Potential, danach folgten LAS und Brij35. Die kombinierte Wirkung von Phenanthren mit Tween-80 und Brij 30/35 verursachte eine positive und additive Toxizität, während LAS zusammen mit TDTMA keine toxische Wirkung erzeugten. LAS und Tween-80 hatten eine ähnliche Wirkung auf die Aktivität der Mikroorganismen im Boden wie bei dem Mycobacterium sp. Im allgemeinen erhöhte die Koexistenz von eingesetzten Tensiden im Boden die bakterielle Aktivität. PAKs mit TDTMA zeigten einen gesteigerten „additiven“ Effekt, während Tween-80 eine von der Atmungsaktivität der Bakterien abhängige Wirkung zeigte. Die biologische Abbaubarkeit von Phenanthren und Pyren nahm in der Reihenfolge von den Tensiden wie folgt ab TDTMA> LAS> Tween-80. Es kann vermutet werden, dass es entweder auf die toxische Wirkung der LAS und TDTMA zurückzuführen ist oder aber die Bakterien bevorzugen die Tween-80 als Kohlenstoffquelle solange es vorrätig ist. Die mikrobiologische Abbaubarkeit von Pyren war schlechter als für Phenanthren. Niedrige Konzentrationen von LAS und TDTMA und Tween-80 erhöhten die biotische Aktivität, bzw die Abbaubarkeit der Testsubstanzen. Die Fähigkeit der Tenside die Abbaubarkeit der PAKs zu erhöhen war von der Abbaukapazität und von der inhärenten, mikrobiellen Aktivität des Bodens abhängig. Mycobacterium sp. KR2 akzeptierte die festen Phenanthren-Kristalle als Energiequelle und wuchs auch auf diesem Substrat. Das Wachstum wurde von LAS, TDTMA, Brij30 und 10LE negativ beeinflusst, dagegen zeigten Tween-80 (< 20 mg l-1) und Brij35 (5-10 mg l-1) eine wachstumsfördernde Wirkung. Die Mineralisierung und Umwandlung von Phenanthren im Mikro-Ökosystem „Weizen-Nährlösung-Lava“ verlief rasch wobei 90% der applizierten Phenanthrens bereits nach 24 Tagen umgewandelt war. 70% der eingesetzten 14C-aktiven Phenanthrens wurde von der Pflanze aufgenommen und 53% in die diversen Weizengewebe transportiert. Eine signifikante Erhöhung der Metabolisierungsrate von Phenathren wurde bei Zugabe von Tween-80 festgestellt.
Veröffentlichung:: Universitätsbibliothek der TU München
WWW:: https://mediatum.ub.tum.de/?id=603188
Eingereicht am:: 22.11.1999
Mündliche Prüfung:: 13.11.2000
Schlagworte:: Boden Polycyclische Aromaten Wechselwirkung Tensid ; Boden Tensid Toxizität ; Boden Polycyclische Aromaten Abbaubarkeit ; Boden Polycyclische Aromaten Toxizität
Dateigröße:: 1968305 bytes
Seiten:: 272
Urn (Zitierfähige URL):: https://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:91-diss2000111308911
Letzte Änderung:: 27.09.2005
BibTeX