多环芳烃的降解

多环芳烃及其降解1整理课件一、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2整理课件一、概念及分类多环芳烃(PolycyclicAromaticHydrocarbons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。稠环型即碳原子为两个苯环所共有。如：非稠环型即苯环与苯环之间各由一个碳原子相连。如：PAH联苯联三苯萘蒽3整理课件几种多环芳烃的结构4整理课件二、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复原气氛下热解形成的。5整理课件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209641.6工业生产104520.7垃圾焚烧及失火134526.8机动车辆54910.9多环芳烃家用炉灶工业锅炉吖啶1113.30苯并[]喹啉5796菲啶32200苯并[ɑ]芘10001200蒽780250菲1800910苯并[ɑ]蒽1300——荧蒽2900——芘22001400工业锅炉与家用锅炉排放的烟气中PAH的比较〔单位:ug/m3)6整理课件三、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。7整理课件物理性质1、熔点和沸点较高；2、多环芳烃大多具有共轭体系，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。四、理化性质及毒性

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，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。8整理课件毒性多环芳烃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。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响．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。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。常见病症有日光性皮炎，痤疮型皮炎、毛囊炎及疣状生物等。9整理课件萘、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10整理课件五、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〞。11整理课件降解光氧化生物还原碳氢化合物高温热解生物合成火山活动多环芳烃大气人体土壤水植物动物食物呼吸食入12整理课件六、降解物理法化学法生物法化学法主要有超临界水氧化法、湿式氧化法、声化学氧化法和光催化氧化法等。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。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。13整理课件生物降解微生物降解PAHs的根本过程是,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参加另外一个氧原子，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复原形成反-二醇；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。14整理课件微生物降解PAHs的一般氧化过程15整理课件

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。

16整理课件苯并[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响形成苯并[a]芘的二醇化合物，这种化合物在反响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。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]芘上参加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，接着发生去氢反响使苯环断开，变成一种芘的化合物，随后再按芘的结构代谢。苯并[ɑ]芘的降解17整理课件

目前,能够降解烃类的微生物已经发现有70多个属、200余种，其中绝大多数为细菌和真菌。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。在真菌中研究较多的是白腐真菌(Whiterotfungi)。不同的菌属对不同的PAHs的降解能力存在着很大的差异，降解产物和途径也大不相同。18整理课件影响因素

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。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。19整理课件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外表活性剂等。

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。20整理课件厌氧降解多环芳烃可以在反硝化、硫酸盐复原、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。已有的实验说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。21整理课件研究展望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。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。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。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。22整理课件文献1]许晓伟,黄岁樑.地表水中多环芳烃迁移转化研究进展[J].环境科学与技术,2021,34(1):26-33.[2]陈金发,崔亚伟.多环芳烃(PAHs)处理技术研究进展[J].广西师范学院学报,2021,25(1):92-96.[3]魏俊飞,吴家强等.多环芳烃的毒性及其治理技术研究[J].污染防治技术,2021,6.21(3):65-69.[4]于秀艳,丁永生等.多环芳烃的环境分布及其生物修复研究进展[J].大连海事大学学报,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，2021,42(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备,2005,6(6):2-5.[7]韩菲.多环芳烃来源与分布及迁移规律研究概述[J].气象与环境学报,2007,23(4):57-61.[8]葛高飞，郜红建等.多环芳烃污染土壤的微生物效应研究现状与展望[J].安徽农业大学学报,2021,39(6):973-978.[10]思显佩,曹霞霞等.微生物降解多环芳烃的影响因素及机理[研究进展[J].重庆工商大学学报,2021,26(5):457-46123整理课件[11]邢维芹,骆永明等.影响土壤中PAHs降解的环境因素及促进降解的措施[J