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1、 - 119 - http:/www.ivypub.org/fes Frontier of Environmental Science December 2014, Volume 3, Issue 4, PP.119-129 Present PAHs Pollution Situation and the Research Progress of Remediation Technology Yongping Jing 1, Zhaohui Liu 2, Yan Li 1#, Yingpeng Zhang 1, Ping Liu 1, Xinhao Gao1, Ming Sun 1, Ziwe
2、n Zhong 1 1. Institute of agricultural resources and environment of Shandong Academy of Agricultural Sciences, Shandong 250100, China 2. Shandong Academy of Agricultural Sciences, Shandong 250100, China #Email: Abstract Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) are introduced from several aspects, in
3、cluding its definition, characteristics and harmful effects. In this paper, the present pollution situation of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) in soil is reviewed. This paper expounds the physical, chemical, and biological remediation technologies It emphasizes on principles of bioremediatio
4、n and expounding their influencing factors. The future development direction of prevention and control of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in China are discussed also. Keywords: Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs); The Present Pollution Situation; the Remediation Technologies PAHs污染土壤及生物修
5、复技术研究进展 * 井永苹 1，刘兆辉 2， 李彦 1*，张英鹏 1，刘苹 1，高新昊 1，孙明 1，仲子文 1 1. 山东省农业科学院 农业资源与环境研究所， 山东 济南 250100 2. 山东省农业科学院 ， 山东 济南 250100 摘 要 ： 介绍了多环芳烃（ PAHs）的定义、来源及其危害，综述了土壤中多环芳烃的污染现状，多环芳烃污染土壤的物理、化学、生物的修复技术，重点对生物修复的原理及影响因素进行阐述，并且对我国今后多环芳烃污染防控的发展方向进行了展望。 关键词 ： 多环芳烃（ PAHs）；污染现状；修复技术 引言 随着工农业的迅速发展，大量的有机污染物进入土壤，严重影响了土壤
6、环境质量及其生态功能。尤其是持久性有机污染物 (Persistent Organic Pollutants, POPs)，这类物质具有长期残留性、生物蓄积性、半挥发性和高毒性。 能够通过各种介质（土壤、水体、大气、生物体等）进行长距离的迁移，并对人体健康和环境具有严重的危害性 1，成为世界各国关注的环境焦点。目前研究和开发的土壤修复技术主要有物理化学修复、生物修复等途径，而生物修复作为一种环境友好型修复手段更得到广大环境科学家的重视，成为重要研究领域。其应用前景也最为广阔。下面对多环芳烃的来源及环境行为和生物修复技术作一综述。尤其针对多环芳烃生物修复的原理和影响因素等方面进行重点论述，为人们认
7、识、研究、控 制多环芳烃污染土壤提供参考。 1 多环芳烃的 定义和来源 *基金资助 ： 受 “华北集约化农区农业面源污染防控技术集成与示范 ”(2012BAD15B02)及 “农业面源污染防控”山东省泰山学者岗位 支持资助。 - 120 - http:/www.ivypub.org/fes 多环芳烃 (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, PAHs)是一类常见的持久性有机污染物，它是指分子中包含有两个或两个以上苯环的碳氢化合物，并且相邻的苯环至少共用一个碳原子，而这些苯环以线状、角状、簇状排列在一起的稠环形化合物 。 多环芳烃水溶性差，化学稳定性强，而且其中很大一
8、部分对生物体具有强烈的致畸、致癌、致突变作用 2， 1979 年，美国环保局 (EPA)首先公布 129 种优先监测污染物，其中PAHs有 16种 3。 多环芳烃主要是由有机物的不完全燃烧或高温、缺氧条件下热解产生的。环境中多环芳烃的来源分为天然源和人为源：天然源主要是指微生物、藻类等的生物合成，细菌对植物、动物体的生化作用，火山活动、森林草原火灾等自然现象。其总量较少且多数能够通过环境自净能力而消除，构成了自然界中多环芳烃的本底值。人为途径产生的多环芳烃远远多于天然源，产生过程包括化石燃料的气化液化、精炼和分馏，木材的保护性处理，垃圾填满、露天燃烧橡胶塑料制品等过程均有可能产生大量的多环芳烃
9、 4-5。此外，由汽油、柴油燃烧作为动力的汽车、火车以及飞机等交 通工具排放的废气也是多环芳烃的重要来源之一 6。因此，通常意义上讲的多环芳烃污染都是来源于人为途径。随着人类工农业不断发展和生活水平的逐年提高，近 100150 年，环境中多环芳烃含量逐渐增加，人为的燃料燃烧成为土壤多环芳烃的主要来源 7。许姗姗 8估算了美国环保局优先控制污染物清单中的 16 种 PAHs 全国年排放量，结果发现， 1999 年 16 种多环芳烃总排放量约为 9799 t，家庭取暖和炼焦工业的贡献约占总排放量的 98%，其中荧蒽、蒽、芘以及高分子量的多环芳烃所占比例显著高于北美等地。 2 多环芳烃 (PAHs)
10、的 毒性及其危害 PAHs 具有持久性、高毒性、生物蓄积性等特征，对人类身体健康、生态环境造成的危害及潜在危害已经引起人们的高度关注。 PAHs的毒性主要表现在以下 3 方面。 2.1 多环芳烃具有“三致效应” 多环芳烃具有“三致效应”：强致癌性、致畸性和致突变性 9。人类及动物癌症病变约有 70% 90%是由环境中化学物质所引起的，而多环芳烃则是环境中致癌化学物质中最大的一类。资料显示，具有致癌活性的多环芳烃主要是 3、 4、 5和 6环的。多环芳烃与细胞的作用主要是通过与蛋白质、脱氧核糖核酸的结合来完成的。此外，大气颗粒物所吸附的多环芳烃通过呼吸进入人体后，导致肺癌发病占总肺癌病变的 85
11、%以上。长期暴露于含高浓度多环芳烃的烟气、沥青及煤产品等环境中，致使皮肤癌和肺癌的发病率大幅度提高。 1892 年，就有人发现从事煤焦油和沥青作业的工人多患皮肤癌。总结得出多环芳烃可通过呼吸、皮肤接触、饮食摄入等方式进入人和动物体内，影响机体正常的新陈代谢功能，甚至引起癌变 10。多环芳烃代谢的中间产物如二元醇、酚以及环氧化物等，大多也是具有致畸、致癌、致 突变的作用，对生物仍存在潜在的毒害。此外，由于多环芳烃具有脂溶性的特点，容易被植物、动物富集积累进入食物链，从而危害生态环境和人体健康。 2.2 多环芳烃对微生物及植物生长有强烈的抑制作用 多环芳烃具有水溶性差、环状结构稳定等特点使得它们不
12、容易被生物所利用。同时，多环 芳烃对微生物和植物细胞也有较强的破坏作用，因此，多环芳烃能够抑制普通微生物及植物的生长 11。有研究表明，用多环芳烃及淘米水作为碳源对普通活性污泥进行驯化，发现活性污泥的微生物数量越来越少。此外，多环芳烃污染还会导致土壤微生物群落结构的变化，打破土壤 生态平衡，破坏土壤生态环境。宋玉芳等12(2003)研究发现在草甸棕壤土中，菲和芘对小麦、白菜、西红柿 3 种植物根伸长抑制率与菲、芘浓度呈显著线性或对数相关性。万寅婧等 13(2005)也通过生物培养和物理化学试验，研究了芘、菲、萘等多环芳烃对小麦生长的生态毒理特性，研究结果表明芘对小麦根系毒害的敏感区间浓度为 0
13、 300 mg kg-1。 - 121 - http:/www.ivypub.org/fes 2.3 多环芳烃的“光致毒效应” 多环芳烃经紫外光照射后毒性更大 14。多环芳烃在吸收紫外光能后，被激发成单线态及三线态分子，被激发分子的能量会通过不同途径损失，其中部分被激发的多环芳烃分子将能量传递给氧，从而产生了反应能力极强的单线态氧，这种单线态氧能严重损坏生物膜 15。因此无论大气中的还是水体、土壤中的多环芳烃经紫外光照射后其毒性均会增强，对人体健康及土壤生态系统的稳定产生更直接的危害作用。 3 土壤中多环芳烃 的污染现状 土壤既是 PAHs的 “汇 ”又可以充当 PAHs 的 “源 ”，大气中
14、的 PAHs通过干湿沉降等作用进入土壤，同时水体中的 PAHs通过灌溉等方式进入土壤，土壤便成为 PAHs的 “ 汇 ” 。当土壤中的 PAHs在一定条件下通过挥发进入大气，或者随径流进入水体时土壤又成为 PAHs 的 “ 源 ” 。 在大气中 PAHs或以气体状态存在或被吸附在悬浮颗粒物上，随着大气运动迁移扩散，从而导致全球性污染。城市空气中 PAHs污染状况比农村要严重，但由于天气的原因以及 PAHs易迁移等特点，导致农村空气中的 PAHs浓度也不断增加。城市中，垃圾焚烧处理会产生大量二噁英，同时汽车尾气颗粒物中也存在较多 PAHs。水体悬浮物和沉积物是 PAHs 聚集的重要场所。研究资料
15、表明，世界绝大多数的城市污水、水库、江河和湖 海都不同程度地受到 PAHs的污染。当用受 PAHs污染的水进行灌溉时，水体中的 PAHs便会进入土壤。综上所述，干湿沉降及灌溉均可能促进土壤中 PAHs的累积。 而环境中的 PAHs 大部分存在于土壤中。在世界各国土壤中均发现了 PAHs7的存在。土壤中 PAHs 浓度的微小改变即可对 “ 彼邻介质 ” （如空气和水）中 PAHs的含量产生显著影响。土壤是植物、动物及微生物等的基本生活资料和营养物质的来源，土壤中的许多有机质和矿物质均能够吸附 PAHs，土壤中的 PAHs被土壤动物、植物吸收后能够在食物链中逐级传递，最终危害人体健康 和生态环境安
16、全。因此，研究多环芳烃污染土壤的修复技术对保护环境、治理环境污染至关重要。 4 土壤 多环芳烃污染的 修复 技术 由于我国对 PAHs污染的认识较晚，关于 PAHs污染的理论研究和应用研究基础相对薄弱，研究的广度和深度落后于发达国家。近些年来，随着 PAHs污染土壤修复技术的重视程度不断提高，多环芳烃生物修复技术方面已经取得了较好研究成果和较快的发展。目前 PAHs污染土壤的修复技术主要包括：物理修复、化学修复、生物修复以及联合修复技术 16。 4.1 物理化学修复技术 按照处理原理来分， PAHs的修复技术大致可分为物 理法和化学法。 物理修复主要包括溶 剂洗脱、蒸馏、汽提、客土换土、填埋等措施 17。物理法可对 PAHs起到浓缩富集并部分处理的作用，常作为一种预处理手段与其它处理方法联合使用。其中，利用表面活性剂洗脱 PAHs污染土壤是当前环境研究的热点之一。表面活性剂
