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1、多环芳烃 PAHs 在环境中的分布和修复措施 2020 1 19 2 Contents 三 多环芳烃的结构 五 利用微生物和植物进行修复 2020 1 19 3 一 多环芳烃的污染现状 1 我国土壤已普遍受PAHs污染大部分地区PAHs土壤污染水平主要集中在中低污染水平 污染生态风险较小PAHs在我国土壤中呈不断积累的趋势 2 北京 大连 天津 上海 厦门等地土壤中PAHs的污染最严重 污染水平属于严重污染 存在不可忽视的生态风险 要恢复其土壤多种用途具有很大困难 2020 1 19 4 3 在同一区域内 城区 郊区和农村的土壤中的PAHs污染水平具有依次降低的趋势 不同功能区之间土壤中PAH
2、s的污染存在明显的差异 充分说明了人类活动对区域内PAHs的污染所带来的影响 一 多环芳烃的污染现状 表2我国大连和厦门地区不同功能区土壤中的PAHs浓度Table2ConcentrationsofPAHsinvarioussamplingareasinDalianandXiamen China 2020 1 19 5 一 多环芳烃的污染现状 表1我国部分地区土壤中PAHs的浓度Table1ComparisonsofPAHsconcentrationsinsurfacesoilsfromvarioussoilsinChina 4 由于我国南北方在气候 能源结构等方面的差异 使得我国南北方土壤中
3、PAHs的污染水平 分布特征和毒性特点有所不同 2020 1 19 6 二 多环芳烃的来源和分布 天然源 2020 1 19 7 二 多环芳烃的来源和分布 人为源石油化工厂 焦化厂 炼油厂等工业污染源 向大气和水体排放相当数量的PAHs柴油机 汽油发动机工作时 由于燃料不完全燃烧产生一定量的PAHs修建公路使沥青加热时排放的沥青烟气 含有大量的PAHs露天焚烧废旧轮胎 塑料及城市垃圾时排放的PAHs锅炉燃烧 家庭小炉灶燃烧时排放的PAHs 香烟烟雾中含有多种致癌性PAHs 用木炭烧烤肉制品时 排放的烟气和食品中都产生大量的PAHs家庭装修中 粘合木质材料的胶中含有PAHs 2020 1 19
4、8 分布 已知的多环芳烃约有200多种 它们能以气态或者颗粒态存在于大气 水 植物 土壤中 二 多环芳烃的来源和分布 2020 1 19 9 通过食物链在动物体内累积 严重危害人类健康 二 多环芳烃的来源和分布 动植物 土壤 水 人体 2020 1 19 10 三 多环芳烃的结构 2020 1 19 11 三 多环芳烃的结构 2020 1 19 12 三 多环芳烃的结构 苯并 a 蒽 苯并 a 芘BaP 2020 1 19 13 三 多环芳烃的结构 戴乾圜对PAHs的致癌机理进行了较系统的分子轨道计算 提出了以离域能为参数的双区理论 M区为代谢活性区域E区为亲电活性区L区为脱毒区K区为双重性能
5、区 2020 1 19 14 四 生物体中的分布和毒性 4 1在植物体内的分布 4 1 1表面附着 附着量与植物的表面积大小 表面性质污染物的性质 状态 2020 1 19 15 四 生物体中的分布和毒性 4 1 2植物通过叶面 根系吸收 气态PAHs 叶面气孔 叶肉 维管束 整个植物体 根 维管束 土壤中PAHs 2020 1 19 16 四 生物体中的分布和毒性 4 1 3在植物各器官组织的分布 萘在七种植物体内各器官的分配规律相似 均为根中最多 叶中其次 茎中最少 可以明显的看出萘由根吸附以后通过茎传到到叶中 2020 1 19 17 四 生物体中的分布和毒性 4 1 4低浓度促进植物的
6、生长 高浓度抑制植物生长 低浓度促进植物叶绿素的合成 高浓度抑制叶绿素的合成 在适度的萘胁迫下 植物可激发其自身的防御体系 诱导POD活性增大 以抵抗由于萘胁迫造成的氧自由基的增加 高污染下自由基的产生超过了POD的清除能力 使酶活降低 2020 1 19 18 四 生物体中的分布和毒性 4 2 1在人体内的分布 气态PAH 呼吸道 肺部 消化道 血液循环 食物中PAH 人体各部位 肝 肺细胞微粒体混合功能氧化酶 少部分随粪便 羟基化合物或醌类 解毒 2020 1 19 19 四 生物体中的分布和毒性 食物摄入人体内的PAH大部分可被人体吸收 经过消化道吸收后 经过血液很快遍布人体 人体乳腺和
7、脂肪组织可蓄积PAH 2020 1 19 20 四 生物体中的分布和毒性 4 2 2人体内的代谢 BaP 7 8 环氧化物 7 8 二氢二羟基 9 10 环氧化苯并 a 芘 2020 1 19 21 四 生物体中的分布和毒性 4 2 3多环芳烃对人体的毒性中枢神经血液粘膜 带烷基侧链的PAHs 强烈的刺激性及麻醉性 2020 1 19 22 四 生物体中的分布和毒性 a 致癌性美国的卡诺等详细分析了一系列有关肺癌流行病学调查资料 表明BaP浓度每100m3增加0 1 g时 肺癌死亡率上升5 还可以诱导其他多种癌症 据流行病学研究发现长期接触PAHs的工人容易患癌症 特别是皮肤癌 白血病 膀胱癌
8、等 2020 1 19 23 四 生物体中的分布和毒性 与DNA形成共价键结合 造成DNA损伤 如果DNA不能修复或修而不复 细胞就可能发生癌变 2020 1 19 24 四 生物体中的分布和毒性 b 多环芳烃的光致毒效应Bertilsson等观察到多环芳烃和紫外光作用下 会产生有毒的光降解产物 例如 苯醌 会对微生物有毒害作用Katz等观察到由BaP产生的BaP醌是一种直接致突变物 它将引起人体基因的突变 同时也会引起人类红细胞溶血及大肠杆菌的死亡 2020 1 19 25 四 生物体中的分布和毒性 c 多环芳烃衍生物的毒性可以和硝基 羟基 氨基等集团发生反应生成强致癌性的多环芳烃衍生物 如
9、 PAHs的OH 与NO3 反应可产生具有强致癌活性的直接致突变物NO2 PAHs 2020 1 19 26 四 生物体中的分布和毒性 d 多环芳烃的其他危害改变人类细胞中T和B淋巴细胞的功能和损害单核细胞孕妇接触PAHs可能导致胎儿的免疫功能的损害和增加新生儿和幼儿患呼吸道疾病的几率细胞色素P450对多环芳烃的代谢活动诱使动脉硬化 2020 1 19 27 五 利用微生物和植物进行修复 微生物降解多环芳烃一般有2种方式 一种是以多环芳烃为唯一碳源和能源 另一种是将PAHs与其他有机质进行共代谢 5 1微生物降解多环芳烃方式 2020 1 19 28 五 利用微生物和植物进行修复 5 2影响降
10、解因素 降解PAHs的难易程度取决于其化学结构的复杂性和降解酶的适应程度影响微生物降解PAHs的因素还有温度 盐度 pH值 通气状况 营养盐和PAHs浓度 2020 1 19 29 五 利用微生物和植物进行修复 a 筛选分离高效优势菌种 许多细菌 真菌具有降解多环芳烃的能力 在多环芳烃高效降解菌中 研究最充分的是白腐菌Gramss等研究了不同真菌对PAHs的氧化能力 发现外生菌根真菌能够利用四环的荧蒽和芘 5 3微生物修复方法 2020 1 19 30 五 利用微生物和植物进行修复 b 寻找对难降解物有促进作用的共代谢物质 利用共代谢技术c 组建遗传基因工程菌 GEM d 投加外源菌 创造既适
11、合于微生物生长又有利于降解有机物的生物代谢环境 2020 1 19 31 五 利用微生物和植物进行修复 5 4植物修复机制 植物挥发植物固定植物转化 植物降解植物提取 植物积累 植物泵取 phytopumping 根际作用 2020 1 19 32 五 利用微生物和植物进行修复 有些因素影响了化学物质在活植物体内的吸收和分布 这些因素包括 1 化合物的物理和化学性质 例如 水溶性 蒸气压 分子量 辛醇 水分配系数Kow 2 环境因素 例如 湿度 pH 有机质 土壤含水量 3 植物特性 例如 根系类型 酶的类型 2020 1 19 33 五 利用微生物和植物进行修复 根际作用 植物根部可能为微生
12、物的生长提供了表面积 也可能改变土壤环境 例如 氧化还原 湿度 通风等 使之利于降解 植物也可能产生和释放有潜力改变PAHs生物利用性的物质到根际或影响微生物的种类植物也能释放大量的酶进入土壤和水中 这些酶能降解PAHs 2020 1 19 34 五 利用微生物和植物进行修复 5 5植物修复的局限性修复地点条件的多变性 例如土壤类型和气候 可能不适合目标植物植物修复的周期相对较长植物只能完全矿化PAHs的极少部分 大部分存在于植物或周围土壤中 在一定条件下可能重新回到环境 2020 1 19 35 总结 多环芳烃 PAHs 是一类由两个或两个以上芳香环构成的化合物 在自然环境中分布及其广泛 由于多数PAHs具有致癌性 致畸性 受到广泛的关注 微生物修复技术是去除多环芳烃污染环境的最佳方法 它不仅经济 安全 而且所能处理的阈值低 残留少 其应用前景十分广阔 植物修复和微生物修复结合是土壤中PAHs去除的有效手段 2020 1 19 36 谢谢
