多環(huán)芳烴的降解

多環(huán)芳烴及其降解專業(yè)：環(huán)境科學(xué)學(xué)號(hào)：20131331姓名：王慕華一、概念及分類二、來(lái)源三、分布四、理化性質(zhì)及毒性五、在環(huán)境中的轉(zhuǎn)換六、降解一、概念及分類多環(huán)芳烴(Polycyclic

Aromatic

Hydrocarbons簡(jiǎn)稱PAHs)是指分子中含有兩個(gè)或兩個(gè)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(gè)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(gè)碳原子相連。如：PAH聯(lián)苯聯(lián)三苯萘蒽幾種多環(huán)芳烴的結(jié)構(gòu)二、來(lái)源天然來(lái)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(guò)程中均會(huì)產(chǎn)生PAHs。人為來(lái)源環(huán)境中多環(huán)芳烴的主要來(lái)源包括化學(xué)工業(yè)污染源、交通運(yùn)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蛟谶€原氣氛下熱解形成的。主要熱解成因產(chǎn)生苯并[ɑ]芘(BaP)的估計(jì)量工業(yè)鍋爐與家用鍋爐排放的煙氣中PAH的比較（單位:ug/m3)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。物理性質(zhì)1、熔點(diǎn)和沸點(diǎn)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。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(lái)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(guò)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(dòng)的污染物。因此，沉積物是河流中PAHs最終的“匯”和潛在的“源”。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?dòng)多環(huán)芳烴大氣人體土壤水植物動(dòng)物食物呼吸食入六、降解物理法化學(xué)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(guò)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(wú)害物質(zhì)。修復(fù)生物法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(duì)簡(jiǎn)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(diǎn)的變化,不能徹底解決PAHs引起的污染問(wèn)題,常作為一種預(yù)處理手段,與其他處理方法聯(lián)合使用。生物降解微生物降解PAHs的基本過(guò)程是,PAHs通過(guò)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(gè)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加入另外一個(gè)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(gè)氧原子變成酚類，并在環(huán)氧化物水解酶作用下還原形成反-二醇；另一種是氧分子在細(xì)菌雙加氧酶作用下同時(shí)將兩個(gè)氧原子加到PAHs上，將PAHs氧化成芳烴過(guò)氧化物，在芳烴過(guò)氧化物上加H得到順-二醇。微生物降解PAHs的一般氧化過(guò)程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(duì)或其它。這些代謝物經(jīng)過(guò)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。真菌在細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞色素P450酶作用下，首先一個(gè)一個(gè)地苯并[a]芘上加入氧原子形成環(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)生去氫反應(yīng)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[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)生脫氫反應(yīng)形成苯并[a]芘的二醇化合物，這種化合物在反應(yīng)途徑中存在時(shí)間很短，二醇形成位點(diǎn)也是苯環(huán)斷開的位置，如此高環(huán)PAHs就會(huì)降解為低環(huán)PAHs，直至單環(huán)苯環(huán)斷裂。苯并[ɑ]芘的降解目前,能夠降解烴類的微生物已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有70多個(gè)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(White

rotfungi)。不同的菌屬對(duì)不同的PAHs的降解能力存在著很大的差別，降解產(chǎn)物和途徑也大不相同。影響因素環(huán)境中PAHs的生物降解過(guò)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(gè)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。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。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(yíng)養(yǎng)鹽、pH、鹽度等。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(zhǎng)繁殖速率。由于自然微生物修復(fù)過(guò)程一般較慢,難以實(shí)際推廣應(yīng)用。因此,往往需要采用各種方法來(lái)強(qiáng)化這一過(guò)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(yíng)

養(yǎng)鹽,提供電子受體以及添加表面活性劑等。共代謝降解PAHs的機(jī)理是微生物通過(guò)酶來(lái)降解某些能維持自身生長(zhǎng)必需的物質(zhì),同時(shí)也降解了某些非生物生長(zhǎng)必需的物質(zhì)。大多數(shù)細(xì)菌對(duì)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(duì)三環(huán)以上的PAHs的代謝也屬于共代謝。厭氧降解多環(huán)芳烴可以在反硝化、硫酸鹽還原、發(fā)酵和產(chǎn)甲烷的厭氧條件下轉(zhuǎn)化，但相對(duì)于有氧降解來(lái)說(shuō)，PAHs的無(wú)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(duì)較少。已有的實(shí)驗(yàn)表明在厭氧的條件下細(xì)菌對(duì)PAHs的降解僅限于萘、菲、芴、熒蒽等一些結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、水溶性較高的有機(jī)物。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(guò)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(shí)間的技術(shù)。研究通過(guò)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。總結(jié)：微生物修復(fù)技術(shù)存在時(shí)間長(zhǎng)、難控制等問(wèn)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)。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),2011,34(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(bào),2008,25(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),2008,6.21(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(bào),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，2010,42(6):

876~881.[6]程國(guó)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(lái)源與分布及遷移規(guī)律研究概述[J].氣象與環(huán)境學(xué)報(bào),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(bào),2012,39(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(bào),2009,26(5):457-461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].土壤通報(bào),

2007,