有機(jī)污染物的生物降解【文獻(xiàn)綜述】

1、有機(jī)污染物的生物降解讀書報(bào)告【 091200028 環(huán)院 江靜怡】【基本概況】有機(jī)污染物， organic pollutant 即進(jìn)入環(huán)境并污染環(huán)境的有機(jī)化合物，導(dǎo)致生物體或生 態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不良效應(yīng)。生物降解， biodegradation 即有機(jī)污染物在生物或其酶的作用下分解的過程。具體的來說，生物降解分為三種基本類型。 Primary biodegradation 初級生物降解 :指的 是母體化合物的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，并改變原化合物分子的完整性； Environmentally acceptable biodegradation 環(huán)境兼容性降解 : 是指可除去有機(jī)污染物的毒性或者人們所不希望的特

2、性； Ultimate biodegradation 完全生物降解 : 指的是有機(jī)污染物經(jīng)過礦化轉(zhuǎn)化后轉(zhuǎn)化為二氧化碳和 水以及其他的可利用的無機(jī)鹽。不過在可降解的有機(jī)污染物中， 由于化合物在環(huán)境中的滯留時(shí)間可達(dá)幾個(gè)月或者幾年之久，有機(jī)污染物又有難降解和易降解化合物之分。比如，POPs ( Persistent Organic Pollutants)持久性有機(jī)污染物， 是一類具有長期殘留性、 生物累積性、 半揮發(fā)性和高毒性， 并通過各種 環(huán)境介質(zhì) (大氣、 水、生物等) 能夠長距離遷移對人類健康和環(huán)境具有嚴(yán)重危害的天然的或 人工合成的有機(jī)污染物， 它的半衰期為半年。 而通過一定的處理過程后， 半

3、衰期超過五天的 化合物被定義為生物難降解有機(jī)化合物。化合物難降解的原因有很多種。 比如化合物本身的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性， 使其具有 抗降解性。像我們常常提到的農(nóng)藥“666 ”(六氯代環(huán)己烷)和常見的多環(huán)芳烴類就是依結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性等特性穩(wěn)定地存在于環(huán)境之中。 另外地， 在自然環(huán)境中也存在阻止生物降解的環(huán) 境因素， 包括物理、 化學(xué)條件以及多種生物之間的協(xié)同作用。 比方說， 活性污泥就是模擬多 種條件下的協(xié)同作用從而達(dá)到生物降解處理污染物的效果。生物降解的過程非為兩種， 好氧分解和厭氧分解。 在好氧分解過程中， 細(xì)菌是其中的主 力軍，微生物以有氧呼吸消耗分解大分子有機(jī)物。 其中水質(zhì)評價(jià)體系中的 B

4、OD( Bio-chemical Oxygen Demand )指的是水中有機(jī)物由于微生物的生化作用進(jìn)行氧化分解，使之無機(jī)化或 氣體化時(shí)所消耗水中溶解氧的總量。 而厭氧分解則是主要依靠厭氧細(xì)菌， 這個(gè)過程俗稱 “發(fā) 酵”。在農(nóng)村生活中，我們常見的沼氣池就是這樣工作的。通常地，科學(xué)家們在厭氧微生物 中能尋找到一些能特異性氧化分解某特定難降解有機(jī)物的酶。目前生物降解研究的發(fā)展趨勢為： 1. 研究自然環(huán)境中有機(jī)污染物和無機(jī)污染物的生物降 解途徑， 尋找自然界中具有生物凈化能力的特殊群體， 探討生物降解和污染物的相互作用關(guān) 系，以便制定消除污染的措施。 2.利用遺傳學(xué)方法將多種有益的特異性基因重組成具

5、有多功 能、高降解能力的菌株。3.利用酶的固定化技術(shù)制備成專一的或多功能的生物催化劑，以降解多種污染物。而在環(huán)境方面，我們更加關(guān)注的是評價(jià)各種有機(jī)（污染）物在環(huán)境中的行為。即分析評價(jià)有機(jī)（污染）物可生物降解性，預(yù)測化合物在環(huán)境中的滯留情況，從而為人民的生產(chǎn)生活提供依據(jù)；同時(shí)呢，我們也可以開發(fā)新技術(shù)， 從而減少有機(jī)（污染）物在環(huán)境中的滯留時(shí)間。 從而使得可降解有機(jī)（污染）物能通過生物處理消去其對環(huán)境的威脅。而對難降解有機(jī)（污染）物則可采取優(yōu)化工藝和調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、控制排放等措施以減少環(huán)境威脅；或者尋找或馴化特異性高效菌株降解； 如若不可控制，甚至采取停止生產(chǎn)， 大大弱化污染物對環(huán)境的不良 影響。【

6、有機(jī)污染物的生物降解】可生物降解污染物主要有碳源有機(jī)（污染）物和氮源有機(jī)（污染）物。比如人們熟知的糖類（淀粉、纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)、木質(zhì)素）、油脂、石油烴類（烷烴、環(huán)烷烴、芳烴類）以及氯苯、洗滌劑、農(nóng)藥等都屬于碳源有機(jī)（污染）物。而氨基酸、尿素、胺類、硝 基化合物均屬于氮源有機(jī)（污染）物。在這里，我主要討論的是有機(jī)氯農(nóng)藥DDT的生物降解。1 有機(jī)氯農(nóng)藥的脫氯反應(yīng)有機(jī)氯農(nóng)藥在微生物的作用下脫去分子上的氯，這是一步很重要的反應(yīng)， 有機(jī)物分子經(jīng)過氯化反應(yīng)后，性質(zhì)會有許多的不同。 所以，有機(jī)氯農(nóng)藥分子被脫氯后， 就改變了農(nóng)藥分子 的特性，是降解農(nóng)藥分子的一個(gè)很關(guān)鍵的步驟。 脫氯反應(yīng)有還原脫氯、氧化

7、脫氯、脫氯化氫 等不同的反應(yīng)過程。以DDT為例，以上三種過程產(chǎn)生了三種不同的中間產(chǎn)物。a. 還原脫氯是將非苯環(huán)上的氯原子脫去，并以氫原子取代，如上DDT轉(zhuǎn)化為DDD的過程就是還原脫氯的過程。這一反應(yīng)可有酵母菌、變形桿菌、粘質(zhì)沙雷士菌、氣單胞菌或放線菌等一些厭氧微生物的作用而完成。b. 有機(jī)氯農(nóng)藥分子被氧化時(shí)，可以脫除分子中的氯原子。與還原脫氯一樣是重要的 脫氯反應(yīng)過程，但相對而言，氧化脫氯反應(yīng)的普遍程度略低些，可能是因?yàn)橛袡C(jī) 氯農(nóng)藥所存在的環(huán)境以還原性環(huán)境為主。c. 脫氯化氫是在好氧條件下進(jìn)行的脫氯反應(yīng)，脫氯化氫通常是發(fā)生在兩個(gè)含飽和鍵的碳原子之間，同時(shí)取代一個(gè)碳原子上的氯和相鄰碳原子上的氫，

8、并形成不飽和碳鍵。*.有些有機(jī)氯農(nóng)藥分子很復(fù)雜，在微生物作用下，第一步并不能將氯原子脫除，而只能 將氯原子在農(nóng)藥分子上的位置改變一下，形成一個(gè)異構(gòu)農(nóng)藥分子。 這一過程雖然沒有直接脫除氯，但對于進(jìn)一步脫除氯有很重要的意義，難于脫氯降解的分子被異構(gòu)化以后， 氯的脫除會變得相對容易。2. DDT的生物降解DDT全稱即二氯二苯三氯乙烷，是較早的人工合成的有機(jī)農(nóng)藥，因其環(huán)境穩(wěn)定性很好， 所以在環(huán)境中出現(xiàn)極高的殘留累積，因此而導(dǎo)致對DDT的禁用。環(huán)境中存在廣泛的可降解DDT的微生物，它們既可以在好氧條件下脫氯降解，又可以在厭氧條件下脫氯降解。DDT的微生物代謝主要是脫氯作用使DDT變?yōu)镈DD （厭氧條件下

9、進(jìn)行）或經(jīng)脫氫脫氯變成DDE（好氧條件下下主要反應(yīng)），而DDD和DDE又可進(jìn)一步氧化為 DDA。反應(yīng)式如下:Cl C CI(DDT)(DDD)*.DDT在好氧條件 下分解很慢。DDE和DDD 毒性比DDT低得多，但 DDE仍有慢性毒性，因此 要注意此類農(nóng)藥分解產(chǎn) 物在環(huán)境中的積累(DDA)DDT的主要代謝產(chǎn)物 DDD進(jìn)一步通過脫氯、脫氯化氫和脫羧產(chǎn)生DBP或DDM。其中DDM的苯環(huán)裂解形成 PCPA（對-氯苯乙酸），PCPA進(jìn)一步被降解成對-氯葡萄糖醛；另外， DDE較穩(wěn)定，難降解。參與DDT的代謝過程的微生物主要有：氣單胞細(xì)菌（于厭氧條件）、大腸桿菌（于肉湯培養(yǎng)基）、氫單胞菌（于厭氧條件，不

10、能完全氧化。須其它微生物配合）、某些真菌。相比而言，藻類和原生動(dòng)物降解 DDT的能力較弱，不過也發(fā)現(xiàn)了一些種類能夠進(jìn)行 DDT的轉(zhuǎn)化。*.商品DDT中通常含有一定量的異構(gòu)體，如鄰對位DDT,而一般情況下，能轉(zhuǎn)化DDT的微生物都不能轉(zhuǎn)化異構(gòu)體 DDT。【生物降解性能的測定試驗(yàn)】試驗(yàn)考慮：1針對處理有機(jī)物選擇合適的微生物；2確定試驗(yàn)化合物在培養(yǎng)液的濃度范圍； 3創(chuàng)造適宜的環(huán)境條件。種源：天然環(huán)境、活性污泥、底泥、人工馴化的菌株。測定指標(biāo)：有機(jī)物去除率、耗氧量、最終產(chǎn)物量、微生物的活性變化。非特異性參數(shù)：BOD、COD DOC TOC,特異性參數(shù)：被測化合物 C含量的減少，整個(gè)體系的降解程度 動(dòng)力學(xué)參數(shù)：被測化合物的降解速率”影響降解的因素】1 降解微生物的存在性 （是否具有特異性的載體蛋白吸收有機(jī)物、 基因中是否存在特 異性的酶的片段可在特定環(huán)境中表達(dá)）2 生物利用率 Bioavailability （污染物的水溶性、污染物被底物吸附的程度&解吸擴(kuò)散入水的程度都影響了其被特定環(huán)境下生物的利用程度。 可以通過生產(chǎn)表面活性劑或 者改變細(xì)胞的親疏水性提高利用率）