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1、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。,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,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
2、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芘(BaP)的估计量,工业锅炉与家用锅炉排放的烟气中PAH的比较（单位:ug/m3),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。,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10
3、0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,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。,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
4、，痤 疮型皮炎、毛囊炎及疣状生物等。,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,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
5、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”。,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
6、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。,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；,
7、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。,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。,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
8、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。,苯并芘的降解,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(Mycobacter
9、ium)、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(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
10、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。,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
11、面活性剂等。,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。,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。,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
12、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。,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, 2011,34(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,2008,25(1):92-96. 3魏俊飞, 吴家强等.多环芳烃的毒
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