多环芳烃污染土壤的微生物修复

1、微生物修复多环芳烃污染土壤的微生物修复多环芳烃污染土壤的研究进展研究进展Page 2内内 容容 框框 架架PAHs的来源、危害降解PAHs的微生物种类微生物降解PAHs 机理PAHs 污染土壤微生物修复的影响因素PAHs 的微生物修复技术展望Page 31、PAHs的来源、危害的来源、危害 多环芳烃（Polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs）是指由2 个或2 个以上的苯环按一定顺序排列组成的碳氢化合物，具有强烈致癌、致畸和致突变特性。土壤中的PAHs以4 6 环的PAHs 为主。化石燃料的燃烧是PAHs 的主要来源。 由于人类对化石产品的不断开发利用，PAHs

2、 持续向环境中排放，高温过程形成的PAHs 大都排放到大气中，随着大气环流、海洋环流等循环而不断扩散，空气、土壤及水体甚至南极、高山冰川等都受到PAHs 的污染。PAHs 和其他固体颗粒物、胶体等结合在一起，通过干、湿沉降转入湖泊、海洋，最终主要在沉积物、有机物质和生物体中累积，对人类健康和整个生态系统构成威胁。Page 42、降解、降解PAHs的微生物种类的微生物种类 微生物降解是一种可以将高毒、结构复杂的有机物转变为低毒或无毒、结构简单的化合物的污染复技术，并具有高效、低成本、污染少等优点。微生物降解已成为最主要的多环芳烃污染土壤的修复技术。 降解多环芳烃的微生物主要为细菌和真菌。 Pag

3、e 5 自然界中具有 PAHs 降解能力的细菌众多，对PAHs 的迁移和转化具有重要的贡献，如芽胞杆菌属（Bacillus）、分枝杆菌（Mycobacterium）、假单胞菌属（Pseudomonas）等。 Balachandran 等（2012）从印度某地受PAHs 污染的土壤中分离出链霉菌（Streptomycetaceae），并研究其对石油和PAHs 的降解，结果发现链霉菌在7 d 内（303 K）对柴油、萘、菲去除率分别达到98.25%、99.14%、17.5%。 Page 6 相较于细菌而言，真菌能降解 PAHs 的种类并不多，但降解PAHs 的效率通常高于细菌，特别是在降解高环多环

4、芳烃方面表现突出。 如一些丝状真菌（filamentous fungi）、担子菌（basidiomycetes）、白腐菌（white-rot fungi）和半知菌（deuteromycetes）等。 其中白腐菌（white-rot fungi）可分泌由过氧化物酶和漆酶等组成的胞外木质素降解酶系，形成具有高效PAHs 降解体系，对芘、苯a并芘等的降解效果明显（Hadibarata 和Kristanti，2012）。Page 73、微生物降解、微生物降解PAHs 机理机理3.1 好氧降解 好氧生物降解过程也称为有氧呼吸，指微生物在有氧的情况下对污染物质的降解过程，是目前最主要的微生物修复技术。 好

5、养细菌降解多环芳烃主要通过产生双加氧酶作用于苯环，是一种催化多环芳烃的加氧反应。Page 8Page 9 真菌对多环芳烃的降解可分为两种不同的机制： 一是木质素降解酶系体系：真菌通过向胞外分泌木质素降解酶可将PAHs 氧化成醌，然后经过加氢、脱水等作用使PAHs 得到降解。 二是单加氧酶降解体系：单加氧酶对PAHs 的降解机制是在细胞色素P-450 单加氧酶的催化作用下向多环芳烃苯环上加氧形成芳香环氧化物，然后经环氧化物水解酶催化水合形成反式二氢二羟基化中间体；但这些芳香环氧化合物不稳定，将继续反应生成酚的衍生物，并与硫酸盐、葡萄糖、木糖或葡糖醛酸结合进行重排，得到高水溶性、低毒性的降解中间产

6、物，更容易被进一步降解。Page 10Page 113.2 厌氧降解 厌氧微生物可以利用硝酸盐、硫酸盐、铁、锰和二氧化碳等作为其电子受体，将有机化合物分解成更小的组分，往往以二氧化碳和甲烷作为最终产物。 与好氧降解相比，PAHs 的厌氧降解进程较慢。当PAHs 浓度偏高时，PAHs 的厌氧降解明显被抑制。厌氧降解一般对低环多环芳烃的讲解效率比较高。 Page 124、PAHs 污染土壤微生物修复的影响因素污染土壤微生物修复的影响因素温度温度PAHs的性质的性质氧氧营养物质营养物质pHPage 134.1 PAHs 的性质 PAHs 的性质主要指PAHs 的可生物利用性，是影响微生物修复的重要因

7、素之一。PAHs 是憎水性物质，随着环数的增加，PAHs 的憎水性增强，挥发性也减小，易吸附于固体颗粒表面和有机腐殖质。 有研究表明，PAHs 吸附在土壤中的时间越久越不易被生物利用。为此，人们常通过增加表面活性剂、溶解性有机质、有机酸等以便将PAHs 从固体颗粒表面和有机腐殖质中解吸出来，从而提高微生物的可利用性。 Page 144.2 氧 无论是真菌还是细菌在好氧代谢多环芳烃时，氧是微生物进行好氧代谢的重要物质条件。目前生物修复技术中的氧源主要有O2和H2O2等。环境中氧的含量充足与否对多环芳烃的好氧降解有着重要的影响。Page 154.3 温度 温度是土壤中微生物活性的重要影响因素，土壤

8、中细菌和真菌的最适生长温度为298303 K。在不同温度条件下微生物对PAHs 的降解有着明显的差异，低温条件下微生物活性会受到抑制，致使微生物对 PAHs 的降解能力下降；高温条件下酶会因结构被破坏而失去活性、微生物存活率降低，也会使微生物对PAHs 的降解能力下降。 温度除了影响微生物活性之外，还会引起土壤中氧的含量和PAHs 性质的变化，间接对PAHs的降解产生影响。Page 164.4 pH 土壤微生物对pH 值的变化敏感，当pH 降低，土壤微生物多样性下降；当pH值小于5.0 时，生物活性受阻，因而微生物对PAHs的降解能力会受到周围环境pH的影响。 Zhao 等（2009）在上海某

9、炼油厂区域分离出施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)ZP2，研究其对菲的降解发现最适pH 为8.0。 Page 174.5 营养物质 碳源、氮源以及无机盐是微生物生长所必需的营养物质，然而微生物对营养物质的量要求不尽相同，如少动鞘氨醇单胞菌(Sphingomonas paucimobilis)EPA505 能够利用荧蒽（C16H10）作为唯一碳源和能源进行生长。给微生物提供充足的营养物质可以提高微生物修复性能。Page 185、PAHs 的微生物修复技术的微生物修复技术 土壤微生物修复技术是指利用PAHs 降解菌在适宜的条件下，通过自身的代谢活动对土壤中PAHs进行转化、降

10、解与去除的方法。 常用的方法主要有3种：原位处理法、堆肥法、生物反应器法。Page 195.1 原位处理法 原位处理指在现场以土壤作为处理系统通过微生物的自然代谢方式来完成对污染土壤修复的技术。一般可在土壤中加入营养盐、水和氧来刺激土著微生物对PAHs 的代谢，必要时还可以引入微生物、添加表面活性剂来提高微生物降解能力。此方法适用于处理污染面积大，污染深度高的土壤。 Mahmoudi 等（2013）在路易斯安那州盐泽地，研究了土著微生物群对该地深水平线下石油污染土壤的处理状况；在石油污染的区域在深度为3 m 的范围内，未溶解的复杂混合物浓度为26 46550 380mgkg-1；烷烃浓度为1

11、3036 987 mgkg-1；PAHs浓度为16.299.4 mgkg-1；经过11 个月的微生物处理，污染物浓度去除了80%90%，18 个月后污染物浓度基本得到去除。 Page 205.2 堆肥法 堆肥法也叫生物堆制法、堆腐法，是将受污染的土壤挖掘出来，运输到处理场地，加入干草、树叶、木屑、麦秆、草炭、锯屑及肥料等土壤调理剂以提供微生物生长的营养，并且用石灰调节其pH，为微生物的生长代谢提供良好的环境以促进污染物的降解。生物堆处理污染土壤时有较高的效率，可提高土壤的渗透性，改善土壤质量，缩短污染土壤的修复时间。 毛丽华等（2009）应用生物堆肥法修复油田污染土壤， 40d 后原油去除率达45%。Page 215.3 生物反应器 生物反应器是一种特定设计制作的容器，可将污染土壤置于其中，利用微生物的代谢作用可实现对污染物的降解。生物反应器能够使微生物和土壤均匀混合，极大地增加微生物与污染物的接触率，从而提高修复效率。 Moscoso 等（2012）在连续搅拌釜内加入葡萄球菌和芽孢杆菌，采用补料-分批培养的方式降解含菲、芘及苯a并蒽的土壤，经过培养发现菲、芘和苯a并蒽的降解率都接近100%。 Page 226、展望、展望 土壤多环芳烃的污染和修复一直是人们关注的热点