多环芳烃的降解

生物降解
• 微生物降解PAHs的基本过程是,PAHs通过两种 途径进入微生物（包括真菌和细菌）细胞中:
一种是真菌氧化，真菌在其胞内单加氧酶作用下先 将一个氧原子加到PAHs的C-C键上形成C-O键，然 后再以同样的方式加入另外一个氧原子，从而生成 芳烃氧化物，芳烃氧化物在非酶促结构重组中失去 一个氧原子变成酚类，并在环氧化物水解酶作用下 还原形成反-二醇；
苯并[ɑ]芘的降解
真菌在细胞内细胞色素P450酶作用下，首先一个一个地苯 并[a]芘上加入氧原子形成环氧化物中间体，然后再断开形成二 氢二醇苯并[a]芘化合物，在真菌作用下二氢二醇苯并[a]芘化合 物转化成一种四氢四醇苯并[a]芘化合物，接着发生去氢反应使 苯环断开，变成一种芘的化合物，随后再按芘的结构代谢。
萘、荧蒽、苯并[b]荧蒽、 苯并[k]荧蒽、苯并[a]芘、 茚并[1,2,3-c,d]芘、 苯并[g,h,i]苝
五、在环境中的迁移转换
在环境中的迁移转换
天然和人为来源的PAHs一方面直接进入大气、水和 土壤，另一方面大气中PAHs以干、湿沉降或气－液、气 －固交换进入水体或土壤，土壤中的PAHs进一步通过地 表径流或灌溉方式进入水体。河流水体中，PAHs主要溶 解于水中或吸附在悬浮颗粒物上。由于PAHs的憎水性， 因此，大量PAHs易于被悬浮物吸附，一方面以吸收方式 进入生物相，另一方面以沉积方式进入沉积物。吸附在 沉积物上的PAHs因再悬浮作用而再次进入水相，成为流 动的污染物。因此，沉积物是河流中PAHs最终的“汇” 和潜在的“源”。
光氧化
生物合成火山 活动
水
降解
多环芳烃 大气
呼吸
人体
食入
食物
生物还原
碳氢化合物 高温热解
土壤 植物 动物
六、降解
物理法
通常包括混凝沉淀、吸附、萃取、蒸馏等。物理方法操作相对简
便,较适用于高浓度的PAHs工业废水或废液及事故性污染的处理。 但它只能使污染物发生形态和地点的变化,不能彻底解决PAHs引起 的污染问题,常作为一种预处理手段,与其他处理方法联合使用。
2.在真菌中研究较多的是白腐真菌(White rotfungi)。
不同的菌属对不同的PAHs的降解能力存在着很大的差别， 降解产物和途径也大不相同。
影响因素
环境中PAHs的生物降解过程主要涉及到微生物、PAHs污 染物和环境，所以可将直接或间接影响PAHs生物降解性能的 因素分为三个大的方面，即基质的影响、微生物活性和环境 因子的影响。
文献
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1.基质的影响主要是指PAHs的生物可利用性。污染物的浓度、 化学结构、毒性、溶解性和吸附性能都影响PAHs的生物可利 用性。
2.影响PAHs生物降解的环境因子包括PAHs的存在状态、温度、 溶解氧、营养盐、pH、盐度等。
3.微生物的活性强烈地影响生物降解的效果。生物降解的成 功与否很大程度上取决于降解微生物群落在环境中的数量及 生长繁殖速率。
余种，其中绝大多数为细菌和真菌。
1. 常见的微生物有红球菌属(Rhodococcus)、假单胞菌属 (Pseudomonas)、分枝杆菌(Mycobacterium)、芽胞杆菌属 (Bacillus)、黄杆菌属(Flavobacterium)、气单胞菌属 (Aeromonas)、拜叶林克氏菌属(Beijernckia)、棒状杆菌属 (Corynebacterium)、蓝细菌(Cyanobacteria)、微球菌属 (Micrococcus)、诺卡氏菌属(Nocardia)和弧菌属(VIbrio)等。
多环芳烃及其降解
专业：环境科学 学号：20131331 姓名：王慕华
• 一、概念及分类
• 二、来源
•
三、分布
•
四、理化性质及毒性
•
五、在环境中的转换
•
六、降解
一、概念及分类
• 多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons简称PAHs)
是指分子中含有两个或两个以上苯环的碳氢化合物。可分为芳香稠环 型及芳香非稠环型。
轭体系，因此其溶液有一 定荧光；
3、苯环数量与其在土壤
中的衰减量呈负相关；
4、双环Pahs的半衰期
小于10天；三环PAHs的半 衰期小于100天；而大多数 四环、五环PAHs的半衰期 一般都大于100 天。
化学性质
1、苯环的排列方式决定
着PAHs的稳定性，非线形 排列较线形排列稳定；
2、PAHs在水中不易溶解，
厌氧降解
多环芳烃可以在反硝化、硫酸盐还原、发酵和产甲烷 的厌氧条件下转化，但相对于有氧降解来说，PAHs的无 氧降解进程较慢，其降解途径目前还不十分清楚，可以厌 氧降解PAHs的细菌相对较少。已有的实验表明在厌氧的 条件下细菌对PAHs的降解仅限于萘、菲、芴、荧蒽等一些 结构简单、水溶性较高的有机物。
苯并[a]芘首先在细菌双加氧酶的作用下形成二氢二醇化合 物，接着可能在某种酶的作用下发生脱氢反应形成苯并[a]芘的 二醇化合物，这种化合物在反应途径中存在时间很短，二醇形成 位点也是苯环断开的位置，如此高环PAHs就会降解为低环PAHs， 直至单环苯环断裂。
目前,能够降解烃类的微生物已经发现有70多个属、200
共代谢降解PAHs的机理是微生物通过酶来降解某些能维持自 身生长必需的物质,同时也降解了某些非生物生长必需的物质。大 多数细菌对四环以上的高分子量PAHs的降解是以共代谢的方式进 行的;真菌对三环以上的PAHs的代谢也属于共代谢。
由于自然微生物修复过程一般较慢,难以实际推广应用。 因此,往往需要采用各种方法来强化这一过程,以便能够迅速 去除污染物。目前常采用的方法包括：接种微生物,添加营 养盐,提供电子受体以及添加表面活性剂等。
研究展望
1. 研究多环芳烃的共代谢的机理，因大多数高分子量多环芳 烃是通过这条途径被分解的。
2. 进一步研究多环芳烃的生物可利用性和促进其降解的因素。 3. 研究控制微生物适应的因素和减少微生物驯化时间的技术。 4. 研究通过基因工程的手段去选育能降解多环芳烃的高效菌
株，以加强该物质的转化。 总结：微生物修复技术存在时间长、难控制等问题，所以 可以将分子学技术，基因工程，理化技术等相结合进行 PAHs的污染修复。
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111
3.30
苯并[]喹啉 57
96
菲啶
32
200
Байду номын сангаас
苯并[ɑ]芘
1000
1200
蒽
780
250
菲
1800
910
苯并[ɑ]蒽
1300
——
荧蒽
2900
——
芘
2200
1400
三、分布
多环芳烃广泛存在于 人类生活的自然环境 如大气、水体、土壤、 作物和食品中。
四、理化性质及毒性
物理性质
1、熔点和沸点较高； 2、多环芳烃大多具有共
报,2004,30(4):55-59. [5]唐婷婷, 金卫根.多环芳烃微生物降解机理研究进展[J].土壤，2010, 42 (6): 876~881. [6]程国玲,李培军等.多环芳烃污染土壤生物修复的强化方法[J].环境污染治理技术与设
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易溶于苯类芳香性溶剂中；
3、双环和三环PAHs极易
被生物降解，而四环、五 环和六环PAHs却很难被生 物降解。
毒性
多环芳烃PAH对人体的主要危害部位是呼吸道和皮肤。人们长期处于多环 芳烃污染的环境中，可引起急性或慢性伤害。常见症状有日光性皮炎，痤 疮型皮炎、毛囊炎及疣状生物等。
多环芳烃PAH落在植物叶片上．会堵塞叶片呼吸孔，使其变色，萎缩，卷 曲，直至脱落，影响植物的正常生长和结果。例如：受多环芳烃污染的大 豆叶片发红．离植掉落，使果荚很小或不结粒。
化学法主要有超临界水氧化法、湿式氧化法、声化学氧化法和光 化学法 催化氧化法等。
生物法
生物降解主要是通过微生物和植物的新陈代谢作用,将环境中 的有机污染物就地降解成CO2和H2O,或转化为无害物质。修复 污染的生物主要是微生物（细菌和真菌）、植物和菌根。微生
物降解PAHs一般有2种方式:一种是以PAHs为唯一碳源和能源; 另一种是将PAHs与其他有机质进行共代谢。
而多环芳烃PAH对动物的致癌作用也早已被试验所证实。动物试验证明： 多环芳烃对小白鼠有全身反应．如同时受日光作用，可加快小白鼠死亡。 当多环芳烃质量浓度为0.01mg/L时，小白鼠条件反射活动有显著变化。
中国环境优先污染物黑名单
• 8.多环芳烃类
• 美国环保局已将 16 种多环芳烃列为“优先污染物”黑名单中， 我国也将 7 种多环芳烃列入“中国环境优先控制污染物”黑 名单
[12]孙明明,滕应.厌氧微生物降解多环芳烃研究进展[J].微生物学报,2012,52(8):931-939. [13]谭文捷，李宗良.土壤和地下水中多环芳烃生物降解研究进展[J].生态环境,2007,
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稠环型即碳原子为两个苯环所共有。如：
PAH
萘
蒽 非稠环型即苯环与苯环之间各由一个碳原子相连。如：
联苯
联三苯
几种多环芳烃的结构
二、来源
天然来源主要是陆地和水生生物的合成、森林和草原火灾、火山爆发等,在 这些过程中均会产生PAHs。
人为来源环境中多环芳烃的主要来源包括化学工业污染源、交通运输污染 源、生活污染源和其他人为源。主要是由各种矿物燃料（如煤、石油、天 然气等）、木材、纸以及其他含碳氢化合物的不完全燃烧或在还原气氛下 热解形成的。
主要热解成因产生苯并[ɑ]芘(BaP)的估计量
来源
排放量 （t•a-1)
占总量的百 分比
工业锅炉和 生活锅炉
2096
41.6
工业生产 1045
20.7
垃圾焚烧及 失火
1345
26.8
机动车辆 549
10.9
工业锅炉与家用锅炉排放的烟气中PAH的比 较（单位:ug/m3)
多环芳烃
家用炉灶
工业锅炉
吖啶
另一种是氧分子在细菌双加氧酶作用下同时将两个 氧原子加到PAHs上，将PAHs氧化成芳烃过氧化物， 在芳烃过氧化物上加H得到顺-二醇。
微生物降解PAHs的一般氧化过程
不同的途径有不同的中间产物，但普遍的中间产物是： 邻苯二酚，2，5-二羟基苯甲酸，3，4-二羟基苯甲酸。邻 苯二酚是普遍的中间产物，具体的化合物依赖于羟基组的 位置，有正、对或其它。这些代谢物经过五种相似的途径 降解：环碳键断裂，丁二酸，反丁烯二酸，丙酮酸，乙酸 或乙醛。这些物质都能被微生物利用合成细胞蛋白，最后 产物是二氧化碳和水。