多环芳烃污染,指的是多环芳烃大多吸附在大气和水中的微小颗粒物上。而大气中的多环芳烃又可通过沉降和降水冲洗作用而污染土壤和地面水。根据中国土壤污染状况调查评价之中,土壤多环芳烃类的评价参考值是100μg/kg。

分类

含有两个以上苯环的碳氢化合物称为多环芳烃(PAHs)。可分为两类:第一类是芳香稠环化合物,即相邻的苯环至少有两个共用的碳原子的碳氢化合物。例如萘有两个苯环,两个共用的碳原子。若几个苯稠环结合成一横排状,称为直线式稠环,如丁省。若几个苯环不是线性排列,称为非直线式稠环,如苯并(a)芘。若有支链苯稠环则称为支链式稠环,如二苯并(b,g)。 第二类是苯环直接通过单链联结,或通过一个或几个碳原子联结的碳氢化合物,如联苯和1,2-二苯基乙烷。  多环芳烃最早是在高沸点的煤焦油中发现的。后来证实,煤、石油、木材、有机高分子化合物、烟草和许多碳氢化合物在不完全燃烧时都能生成多环芳烃。当温度在650~900℃,氧气不足而未能深度氧化时,最易生成多环芳烃。多环芳烃中有一些化合物可使实验动物致癌。因此它们对人也可能有致癌作用,引起人们的关注。1

污染分级

Mal Iszewska 将欧洲土壤多环芳烃污染程度分为4级:

无污染:1000μg/kg

中国土壤污染状况调查评价中,土壤多环芳烃类的评价参考值是100μg/kg1

污染修复微生物修复

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修复技术,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。

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)、分枝杆菌属(Mycobacterium)、假单胞菌属(Pseudomonas)等。

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芳烃方面表现突出。很多研究表明,一些丝状真菌(filamentous fungi)、担子菌(basidiomycetes)、白腐菌(white-rot fungi)和半知菌(deuteromycetes)对四环或者更高环数PAHs 的降解具有一定的优势。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、苯并芘等的降解效果明显。

降解

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,是目前最主要的生物修复技术。好养细菌降解多环芳烃主要是通过产生双加氧酶作用于苯环,在芳环上加入两个氧原子,然后再经过氧化形成顺式二氢二羟基化菲,顺式二氢二羟基化菲继续脱氢形成单纯二羟基化的中间体,而后被进一步代谢为邻苯二甲酸等其他中间产物,有望最终降解为水和二氧化碳。

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,二是单加氧酶降解体系。木质素降解酶系包括木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶和漆酶,这些酶对底物的作用不具有特异性,能够氧化很多不同种类的有机物。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。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;催化加氧反应得到的有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物,其更容易被进一步降解。

总体而言,无论是细菌还是真菌,多环芳烃的好氧降解的第一步均是向苯环上加入氧原子,加氧的快慢决定微生物对PAHs降解的效率。

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。2

本词条内容贡献者为:

杨刚 - 教授 - 西南大学

大气多环芳羟污染

图文简介

多环芳烃污染,指的是多环芳烃大多吸附在大气和水中的微小颗粒物上。而大气中的多环芳烃又可通过沉降和降水冲洗作用而污染土壤和地面水。根据中国土壤污染状况调查评价之中,土壤多环芳烃类的评价参考值是100μg/kg。