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环境中多环芳烃污染规律及其生物净化技术

放大字体  缩小字体 发布日期:2016-02-27  来源:中国活性炭网  作者:[db:作者]  浏览次数:3857

  环境中多环芳烃污染规律及其生物净化技术聂麦茜,张志杰(西安建筑科技大学环境工程系,陕西西安710055)展,提出利用生物技术治理环境中的PAHs的思路及具体措施。

  1环境中多环芳烃的污染规律1多环芳烃的来源概括地说环境中多环芳烃来源于自然过多环芳烃(PAHs)是指两个或两个以上的芳环稠合在一起的一类化合物,它们普遍存在于环境中。这类物质由于水溶性差,对微生物生长有抑制作用,再加上其特殊而稳定的环状结构,使其难以生物利用,因而它们在环境中呈不断累积的趋势。

  本世纪初,各种多环芳烃的分子结构逐一被确定。随着对环境中多环芳烃迁移、转化、污染状况及其毒性认识的加深,人们意识到环境中的PAHs的净化研究及其相应的净化新技术的开发已刻不容缓。

  作为陕西省自然科学基金资助项目的一部分,本文将从多环芳烃的污染规律、状况、在环境中的危害及其有关生物净化PAHs的研宄等方面进行综述。程及人类的生产生活活动,后者产生的多环芳烃在环境中占主导地位。

  在自然界,有些藻类、植物及细菌能通过生物合成产生多环芳经,但其合成量占环境中多环芳烃的比例是微不足道的。自然过程向环境散发的多环芳经,主要由火山喷发、森林及草原燃烧等过程产生。据研宄报道,全世界每年仅火山喷发散发在环境中的苯并芘的总量有12~因人类的生产生活活动散发在环境中的多环芳烃主要是由于各种有机物不完全燃烧所基金项目:陕西省自然科学基础研究计划资助项士生,主要研究方向为难降解有机物的生物治埋发表论文12篇。

  致。例如焦化厂炼焦所产生的烟气及废水中,炼油及采油过程所产生的废气、废水及废渣中,木材燃烧的烟气及灰烬中,汽车尾气、火力发电产生的烟气及废水中,因原油运输泄漏而产生的废水中,固体废弃物焚烧烟气中,家庭做饭的油烟中,等等,都含有大量的多环芳烃。据估计,每年因人类的生产生活活动而进入环境中的多环芳烃有成千上万吨〔1. 1.2环境中多环芳烃的分布、积累及迁移变化规律多环芳烃不易溶于水,极易附着在固体颗粒上,所以一般来说,大气、水及土壤中的大多数多环芳烃处于吸附态。多环芳烃污染物分布很广,污染源附近浓度较大〔2.因排废气、废水及废物倾倒,多环芳烃对水、大气及土壤产生直接污染。吸附在烟气微粒上的多环芳烃随气流传向周围及更远处,又随降尘、降雨及降雪进入水体及土壤〔3.而土壤及地面多环芳烃通过扬尘再次进入大气,通过呼吸及食物链进入动物体产生毒害。

  多环芳烃在环境中是不断积累的。它们的半衰期少则2个月,多则几年〔1.研宄表明在河水、海水沉积物中,多环芳烃的浓度高且积累速度快。T.Saeed等人对科威特一采油厂附近的湖中沉积物的调查发现在21个月内,多环芳烃的总浓度从57. 3mg/kg,而苯并芘从0.多环芳烃迁移转化受挥发、光解及生物降解等过程的影响。在光诱导、生物积累及生物代谢的变迁过程中,多环芳烃一般转化为酚类、醌类及芳香族羧酸类物质,有的转化产物比原始的PAH更具毒性。

  1.3多环芳烃的毒性早在200年前,人们就意识到,暴露在燃烧气体中,对人体是有害的。随着科技的不断发展,到本世纪初人类开始认识多环芳烃的危害。

  多环芳烃的毒性表现在3个方面:其一,强的致癌、致突变及致畸性〔5〕。人类及动物癌症病变有70%~90%是环境中化学物质引起的,而多环芳烃则是环境致癌化学物质中最大的一类。吸入大气中吸附在微粒上的多环芳烃而导致的肺癌占总肺癌病变的85 %以上,长期暴露在含高浓度PAH的烟气、石油馏分、沥青及煤产品等环境中,皮肤癌及肺癌发病率很高。其二,对微生物生长有强抑制作用〔6.PAHs因水溶性差及其稳定的环状结构而不易被生物利用,它们对细胞的破坏作用抑制普通微生物的生长。当用多环芳烃及淘米水为碳源驯化普通活性污泥时,常常发现活性污泥的量越来越少。这说明,多环芳烃有抑制作用。其三,多环芳烃经紫外光照射后毒性更大。据报道,多环芳烃吸收紫外光能后,被激发成单线态及三线态分子,被激发分子的能量可通过不同途径损失,其中一种途径为:被激发的PAH分子,将能量传给氧气,从而产生出反应能力极强的单线态氧它能损坏生物膜〔7.当脂肪组织中积累的PAH被激发后,生物体内也含单线态及三线态氧它们可直接引发体内的一系列链反应,从而产生毒性。

  2生物技术净化多环芳烃的研究进展多环芳烃在环境中的积累速度及其毒性引起环境科学及环境工程领域的关注。目前这方面的研宄工作多处于研宄阶段,概括起来有以下几个方面。

  2.1筛选分离能降解多环芳烃的优势菌种虽因多种原因,多环芳烃不易生物降解但在长期被多环芳烃污染的环境中能够分离出以多环芳烃为碳源和能源的微生物。许多研宄表明,白腐菌属普遍具有降解多环芳烃的功能im,A.Field等人〔8〕分离出8株白腐菌,它们都具有降解多环芳烃的效果,其中的SP.strain BOS55对蒽及苯并芘有很好的降解效果,28d去除率能达99. 2%,苯并芘去除率达到83.1%.M.G.Romero等人〔9〕分离出一种酵母菌,并研宄了在高浓度菲(00mg/L)且菲作为唯一碳源条件下该菌的生长情况,22d左右,反应瓶中细菌数增至最多,大约为7. Marinbacteria及Vibri等从这些研究中可以看出,环境中确实具有多环芳烃降解菌,但大多数研宄只是对单一优势菌应用于降解单一的多环芳烃,而环境中的多环芳烃则是混合体,因存在相互竞争、相互影响,单一菌对环境中多环芳烃的降解净化能力是有限的。根据报道,尽管白腐菌普遍具有降解多环芳烃的功效,但它们的降解常常不彻底,转化的中间产物有时毒性更大。

  2.2利用物理化学及生物强化技术加快多环芳烃的生物利用速度这方面研宄可概括为3点,其一,利用物理化学强化技术加快多环芳烃的降解。IliaY等〔U〕利用一种叫做Staniersbasalmedium(SBM)的矿物盐混合液,Tritonx-100(―种表面活性剂)及五甲基壬烷,以不同的方式将苯并芘分散在含纯优势菌的反应瓶中,使苯并芘以乳化的形式存在,结果发现在2~3d内,加入SBM的反应瓶中50%的苯并芘被生物利用,而后2种物质的加入也使苯并芘的利用率增加了24%.StephanieL.T等人〔12〕加入表面活性剂以促进土壤中苯并芘的降解。AndrewP.等人〔13〕用卡诺氏菌促红细胞生成素产生的生物表面活性剂提高难降解有机物在水中的溶解度,使生物利用率效果明显增加。应用物理化学强化技术来提高多环芳烃的生物利用性在工程上是可行的,但应该解决加入的表面活性剂本身的降解问题,以避免二次污染。其二,利用共代谢技术加快多环芳烃的生物利用速度。erome.F等人〔14〕将芴、、菲、芘、苯并等物与城市固体废弃物混在一起利用户外堆肥时的活性微生物进行降解试验,结果发现,固体废弃物中确实存在某种物质,它对这些多环芳烃的代谢起着共代谢协同作用。Sanseverino.等人〔15〕,利用质体做共代谢物,使萘、菲、蒽等在5d内降解50 %.我们在实验室也进行了多环芳烃的共代谢研宄,研宄表明,将共代谢技术及优势菌种配合使用,有望使多环芳烃的降解速度大大提高。其三,在厌氧条件下,加入NO3-SO42-NO2等含氧酸根,能促进多环芳烃的降解。其原理是在NO3-SO42等高价物质还原的同时某些特殊微生物能使多环芳烃迅速氧化代谢。LedueR.等人〔16〕研宄了在某种还原条件下多环芳烃的去除情况,结果发现有4种多环芳烃在缺氧条件下会逐渐消失。ohnD.C.等人〔17〕在还原硫酸根的条件下氧化PAHs从检测的14CO2情况看,在厌氧呼吸下,反应能迅速进行。2.3利用特种专一酶以加速多环芳烃的降解这种方法是利用特殊菌来产生大量特效酶,再将酶分离,用于多环芳烃的降解。PatrickC.〔18〕,利用Trametesvers/co/or产生的漆酶加速苯并芘的降解,在24h内,同时在2,2-连氮基双(3-乙苯噻唑啉-6-磺酸酯)〔ABTS〕及T-80的存在下,使苯并芘从原来20mg/L降至1.2mg/L.许多研究表明,白腐菌属普遍具有降解多环芳烃的功效,主要是因为这类菌产生的木素过氧化酶及过氧化锰酶〔19〕。

  综上,多环芳烃的生物降解尚处于研宄阶段,工程上的应用甚少。我国80%焦化厂废水经生物处理后不能达标排放,主要就是其中含有多环芳烃及多环杂环芳烃,多数烟气中的多环芳烃不加处理排掉采油炼油对水体及土壤污染需要净化。多环芳烃的净化实用新技术有待进一步开发。

  3结束语环境中多环芳烃分布广且结构稳定,单靠自然界的自净远远不够。从如上综述的有关研宄报道看,优势菌技术及生物强化技术有望解决多环芳烃的污染问题。在PAHs的治理过程中,可利用优势菌的固定化技术、投菌技术、生态肥技术及生物强化技术对重污染区的大气、水及土壤中的多环芳烃进行生物降解,以使环境中多环芳烃不再积累或积累速度减慢。

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