多環(huán)芳烴的降解

多環(huán)芳烴及其降解1整理課件一、概念及分類

二、來源

三、分布

四、理化性質(zhì)及毒性

五、在環(huán)境中的轉(zhuǎn)換

六、降解2整理課件一、概念及分類多環(huán)芳烴(PolycyclicAromaticHydrocarbons簡稱PAHs)

是指分子中含有兩個或兩個以上苯環(huán)的碳?xì)浠衔铩？煞譃榉枷愠憝h(huán)型及芳香非稠環(huán)型。稠環(huán)型即碳原子為兩個苯環(huán)所共有。如：非稠環(huán)型即苯環(huán)與苯環(huán)之間各由一個碳原子相連。如：PAH聯(lián)苯聯(lián)三苯萘蒽3整理課件幾種多環(huán)芳烴的結(jié)構(gòu)4整理課件二、來源天然來源主要是陸地和水生生物的合成、森林和草原火災(zāi)、火山爆發(fā)等,在這些過程中均會產(chǎn)生PAHs。人為來源環(huán)境中多環(huán)芳烴的主要來源包括化學(xué)工業(yè)污染源、交通運輸污染源、生活污染源和其他人為源。主要是由各種礦物燃料〔如煤、石油、天然氣等〕、木材、紙以及其他含碳?xì)浠衔锏牟煌耆紵蛟趶?fù)原氣氛下熱解形成的。5整理課件主要熱解成因產(chǎn)生苯并[ɑ]芘(BaP)的估計量來源排放量（t?a-1)占總量的百分比工業(yè)鍋爐和生活鍋爐209641.6工業(yè)生產(chǎn)104520.7垃圾焚燒及失火134526.8機(jī)動車輛54910.9多環(huán)芳烴家用爐灶工業(yè)鍋爐吖啶1113.30苯并[]喹啉5796菲啶32200苯并[ɑ]芘10001200蒽780250菲1800910苯并[ɑ]蒽1300——熒蒽2900——芘22001400工業(yè)鍋爐與家用鍋爐排放的煙氣中PAH的比較〔單位:ug/m3)6整理課件三、分布多環(huán)芳烴廣泛存在于人類生活的自然環(huán)境如大氣、水體、土壤、作物和食品中。7整理課件物理性質(zhì)1、熔點和沸點較高；2、多環(huán)芳烴大多具有共軛體系，因此其溶液有一定熒光；3、苯環(huán)數(shù)量與其在土壤中的衰減量呈負(fù)相關(guān)；4、雙環(huán)Pahs的半衰期小于10天；三環(huán)PAHs的半衰期小于100天；而大多數(shù)四環(huán)、五環(huán)PAHs的半衰期一般都大于100天。四、理化性質(zhì)及毒性

化學(xué)性質(zhì)1、苯環(huán)的排列方式?jīng)Q定著PAHs的穩(wěn)定性，非線形排列較線形排列穩(wěn)定；2、PAHs在水中不易溶解，易溶于苯類芳香性溶劑中；3、雙環(huán)和三環(huán)PAHs極易被生物降解，而四環(huán)、五環(huán)和六環(huán)PAHs卻很難被生物降解。8整理課件毒性多環(huán)芳烴PAH落在植物葉片上．會堵塞葉片呼吸孔，使其變色，萎縮，卷曲，直至脫落，影響植物的正常生長和結(jié)果。例如：受多環(huán)芳烴污染的大豆葉片發(fā)紅．離植掉落，使果莢很小或不結(jié)粒。而多環(huán)芳烴PAH對動物的致癌作用也早已被試驗所證實。動物試驗證明：多環(huán)芳烴對小白鼠有全身反響．如同時受日光作用，可加快小白鼠死亡。當(dāng)多環(huán)芳烴質(zhì)量濃度為0.01mg/L時，小白鼠條件反射活動有顯著變化。多環(huán)芳烴PAH對人體的主要危害部位是呼吸道和皮膚。人們長期處于多環(huán)芳烴污染的環(huán)境中，可引起急性或慢性傷害。常見病癥有日光性皮炎，痤瘡型皮炎、毛囊炎及疣狀生物等。9整理課件萘、熒蒽、苯并[b]熒蒽、苯并[k]熒蒽、苯并[a]芘、茚并[1,2,3-c,d]芘、苯并[g,h,i]苝中國環(huán)境優(yōu)先污染物黑名單8.多環(huán)芳烴類美國環(huán)保局已將16種多環(huán)芳烴列為“優(yōu)先污染物〞黑名單中，我國也將7種多環(huán)芳烴列入“中國環(huán)境優(yōu)先控制污染物〞黑名單10整理課件五、在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)換在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)換天然和人為來源的PAHs一方面直接進(jìn)入大氣、水和土壤，另一方面大氣中PAHs以干、濕沉降或氣－液、氣－固交換進(jìn)入水體或土壤，土壤中的PAHs進(jìn)一步通過地表徑流或灌溉方式進(jìn)入水體。河流水體中，PAHs主要溶解于水中或吸附在懸浮顆粒物上。由于PAHs的憎水性，因此，大量PAHs易于被懸浮物吸附，一方面以吸收方式進(jìn)入生物相，另一方面以沉積方式進(jìn)入沉積物。吸附在沉積物上的PAHs因再懸浮作用而再次進(jìn)入水相，成為流動的污染物。因此，沉積物是河流中PAHs最終的“匯〞和潛在的“源〞。11整理課件降解光氧化生物還原碳?xì)浠衔锔邷責(zé)峤馍锖铣苫鹕交顒佣喹h(huán)芳烴大氣人體土壤水植物動物食物呼吸食入12整理課件六、降解物理法化學(xué)法生物法化學(xué)法主要有超臨界水氧化法、濕式氧化法、聲化學(xué)氧化法和光催化氧化法等。生物降解主要是通過微生物和植物的新陳代謝作用,將環(huán)境中的有機(jī)污染物就地降解成CO2和H2O,或轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)。修復(fù)污染的生物主要是微生物〔細(xì)菌和真菌〕、植物和菌根。微生物降解PAHs一般有2種方式:一種是以PAHs為唯一碳源和能源;另一種是將PAHs與其他有機(jī)質(zhì)進(jìn)行共代謝。通常包括混凝沉淀、吸附、萃取、蒸餾等。物理方法操作相對簡便,較適用于高濃度的PAHs工業(yè)廢水或廢液及事故性污染的處理。但它只能使污染物發(fā)生形態(tài)和地點的變化,不能徹底解決PAHs引起的污染問題,常作為一種預(yù)處理手段,與其他處理方法聯(lián)合使用。13整理課件生物降解微生物降解PAHs的根本過程是,PAHs通過兩種途徑進(jìn)入微生物〔包括真菌和細(xì)菌〕細(xì)胞中:一種是真菌氧化，真菌在其胞內(nèi)單加氧酶作用下先將一個氧原子加到PAHs的C-C鍵上形成C-O鍵，然后再以同樣的方式參加另外一個氧原子，從而生成芳烴氧化物，芳烴氧化物在非酶促結(jié)構(gòu)重組中失去一個氧原子變成酚類，并在環(huán)氧化物水解酶作用下復(fù)原形成反-二醇；另一種是氧分子在細(xì)菌雙加氧酶作用下同時將兩個氧原子加到PAHs上，將PAHs氧化成芳烴過氧化物，在芳烴過氧化物上加H得到順-二醇。14整理課件微生物降解PAHs的一般氧化過程15整理課件

不同的途徑有不同的中間產(chǎn)物，但普遍的中間產(chǎn)物是：鄰苯二酚，2，5-二羥基苯甲酸，3，4-二羥基苯甲酸。鄰苯二酚是普遍的中間產(chǎn)物，具體的化合物依賴于羥基組的位置，有正、對或其它。這些代謝物經(jīng)過五種相似的途徑降解：環(huán)碳鍵斷裂，丁二酸，反丁烯二酸，丙酮酸，乙酸或乙醛。這些物質(zhì)都能被微生物利用合成細(xì)胞蛋白，最后產(chǎn)物是二氧化碳和水。

16整理課件苯并[a]芘首先在細(xì)菌雙加氧酶的作用下形成二氫二醇化合物，接著可能在某種酶的作用下發(fā)生脫氫反響形成苯并[a]芘的二醇化合物，這種化合物在反響途徑中存在時間很短，二醇形成位點也是苯環(huán)斷開的位置，如此高環(huán)PAHs就會降解為低環(huán)PAHs，直至單環(huán)苯環(huán)斷裂。真菌在細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞色素P450酶作用下，首先一個一個地苯并[a]芘上參加氧原子形成環(huán)氧化物中間體，然后再斷開形成二氫二醇苯并[a]芘化合物，在真菌作用下二氫二醇苯并[a]芘化合物轉(zhuǎn)化成一種四氫四醇苯并[a]芘化合物，接著發(fā)生去氫反響使苯環(huán)斷開，變成一種芘的化合物，隨后再按芘的結(jié)構(gòu)代謝。苯并[ɑ]芘的降解17整理課件

目前,能夠降解烴類的微生物已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有70多個屬、200余種，其中絕大多數(shù)為細(xì)菌和真菌。常見的微生物有紅球菌屬(Rhodococcus)、假單胞菌屬(Pseudomonas)、分枝桿菌(Mycobacterium)、芽胞桿菌屬(Bacillus)、黃桿菌屬(Flavobacterium)、氣單胞菌屬(Aeromonas)、拜葉林克氏菌屬(Beijernckia)、棒狀桿菌屬(Corynebacterium)、藍(lán)細(xì)菌(Cyanobacteria)、微球菌屬(Micrococcus)、諾卡氏菌屬(Nocardia)和弧菌屬(VIbrio)等。在真菌中研究較多的是白腐真菌(Whiterotfungi)。不同的菌屬對不同的PAHs的降解能力存在著很大的差異，降解產(chǎn)物和途徑也大不相同。18整理課件影響因素

環(huán)境中PAHs的生物降解過程主要涉及到微生物、PAHs污染物和環(huán)境，所以可將直接或間接影響PAHs生物降解性能的因素分為三個大的方面，即基質(zhì)的影響、微生物活性和環(huán)境因子的影響。1.基質(zhì)的影響主要是指PAHs的生物可利用性。污染物的濃度、化學(xué)結(jié)構(gòu)、毒性、溶解性和吸附性能都影響PAHs的生物可利用性。

2.影響PAHs生物降解的環(huán)境因子包括PAHs的存在狀態(tài)、溫度、溶解氧、營養(yǎng)鹽、pH、鹽度等。

3.微生物的活性強(qiáng)烈地影響生物降解的效果。生物降解的成功與否很大程度上取決于降解微生物群落在環(huán)境中的數(shù)量及生長繁殖速率。19整理課件由于自然微生物修復(fù)過程一般較慢,難以實際推廣應(yīng)用。因此,往往需要采用各種方法來強(qiáng)化這一過程,以便能夠迅速去除污染物。目前常采用的方法包括：接種微生物,添加營養(yǎng)鹽,提供電子受體以及添加外表活性劑等。

共代謝降解PAHs的機(jī)理是微生物通過酶來降解某些能維持自身生長必需的物質(zhì),同時也降解了某些非生物生長必需的物質(zhì)。大多數(shù)細(xì)菌對四環(huán)以上的高分子量PAHs的降解是以共代謝的方式進(jìn)行的;真菌對三環(huán)以上的PAHs的代謝也屬于共代謝。20整理課件厭氧降解多環(huán)芳烴可以在反硝化、硫酸鹽復(fù)原、發(fā)酵和產(chǎn)甲烷的厭氧條件下轉(zhuǎn)化，但相對于有氧降解來說，PAHs的無氧降解進(jìn)程較慢，其降解途徑目前還不十分清楚，可以厭氧降解PAHs的細(xì)菌相對較少。已有的實驗說明在厭氧的條件下細(xì)菌對PAHs的降解僅限于萘、菲、芴、熒蒽等一些結(jié)構(gòu)簡單、水溶性較高的有機(jī)物。21整理課件研究展望研究多環(huán)芳烴的共代謝的機(jī)理，因大多數(shù)高分子量多環(huán)芳烴是通過這條途徑被分解的。進(jìn)一步研究多環(huán)芳烴的生物可利用性和促進(jìn)其降解的因素。研究控制微生物適應(yīng)的因素和減少微生物馴化時間的技術(shù)。研究通過基因工程的手段去選育能降解多環(huán)芳烴的高效菌株，以加強(qiáng)該物質(zhì)的轉(zhuǎn)化?？偨Y(jié)：微生物修復(fù)技術(shù)存在時間長、難控制等問題，所以可以將分子學(xué)技術(shù)，基因工程，理化技術(shù)等相結(jié)合進(jìn)行PAHs的污染修復(fù)。22整理課件文獻(xiàn)1]許曉偉,黃歲樑.地表水中多環(huán)芳烴遷移轉(zhuǎn)化研究進(jìn)展[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2021,34(1):26-33.[2]陳金發(fā),崔亞偉.多環(huán)芳烴(PAHs)處理技術(shù)研究進(jìn)展[J].廣西師范學(xué)院學(xué)報,2021,25(1):92-96.[3]魏俊飛,吳家強(qiáng)等.多環(huán)芳烴的毒性及其治理技術(shù)研究[J].污染防治技術(shù),2021,6.21(3):65-69.[4]于秀艷,丁永生等.多環(huán)芳烴的環(huán)境分布及其生物修復(fù)研究進(jìn)展[J].大連海事大學(xué)學(xué)報,2004,30(4):55-59.[5]唐婷婷,金衛(wèi)根.多環(huán)芳烴微生物降解機(jī)理研究進(jìn)展[J].土壤，2021,42(6):876~881.[6]程國玲,李培軍等.多環(huán)芳烴污染土壤生物修復(fù)的強(qiáng)化方法[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備,2005,6(6):2-5.[7]韓菲.多環(huán)芳烴來源與分布及遷移規(guī)律研究概述[J].氣象與環(huán)境學(xué)報,2007,23(4):57-61.[8]葛高飛，郜紅建等.多環(huán)芳烴污染土壤的微生物效應(yīng)研究現(xiàn)狀與展望[J].安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2021,39(6):973-978.[10]思顯佩,曹霞霞等.微生物降解多環(huán)芳烴的影響因素及機(jī)理[研究進(jìn)展[J].重慶工商大學(xué)學(xué)報,2021,26(5):457-46123整理課件[11]邢維芹,駱永明等.影響土壤中PAHs降解的環(huán)境因素及促進(jìn)降解的措施[J