多環(huán)芳烴污染土壤的微生物修復

1、微生物修復多環(huán)芳烴污染土壤的研究進展微生物修復多環(huán)芳烴污染土壤的研究進展Page 2內內 容容 框框 架架PAHs的來源、危害降解PAHs的微生物種類微生物降解PAHs 機理PAHs 污染土壤微生物修復的影響因素PAHs 的微生物修復技術展望Page 31、PAHs的來源、危害的來源、危害 多環(huán)芳烴（Polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs）是指由2 個或2 個以上的苯環(huán)按一定順序排列組成的碳氫化合物，具有強烈致癌、致畸和致突變特性。土壤中的PAHs以4 6 環(huán)的PAHs 為主?；剂系娜紵荘AHs 的主要來源。 由于人類對化石產品的不斷開發(fā)利用，PAHs

2、 持續(xù)向環(huán)境中排放，高溫過程形成的PAHs 大都排放到大氣中，隨著大氣環(huán)流、海洋環(huán)流等循環(huán)而不斷擴散，空氣、土壤及水體甚至南極、高山冰川等都受到PAHs 的污染。PAHs 和其他固體顆粒物、膠體等結合在一起，通過干、濕沉降轉入湖泊、海洋，最終主要在沉積物、有機物質和生物體中累積，對人類健康和整個生態(tài)系統構成威脅。Page 42、降解、降解PAHs的微生物種類的微生物種類 微生物降解是一種可以將高毒、結構復雜的有機物轉變?yōu)榈投净驘o毒、結構簡單的化合物的污染復技術，并具有高效、低成本、污染少等優(yōu)點。微生物降解已成為最主要的多環(huán)芳烴污染土壤的修復技術。 降解多環(huán)芳烴的微生物主要為細菌和真菌。 Pag

3、e 5 自然界中具有 PAHs 降解能力的細菌眾多，對PAHs 的遷移和轉化具有重要的貢獻，如芽胞桿菌屬（Bacillus）、分枝桿菌（Mycobacterium）、假單胞菌屬（Pseudomonas）等。 Balachandran 等（2012）從印度某地受PAHs 污染的土壤中分離出鏈霉菌（Streptomycetaceae），并研究其對石油和PAHs 的降解，結果發(fā)現鏈霉菌在7 d 內（303 K）對柴油、萘、菲去除率分別達到98.25%、99.14%、17.5%。 Page 6 相較于細菌而言，真菌能降解 PAHs 的種類并不多，但降解PAHs 的效率通常高于細菌，特別是在降解高環(huán)多環(huán)

4、芳烴方面表現突出。 如一些絲狀真菌（filamentous fungi）、擔子菌（basidiomycetes）、白腐菌（white-rot fungi）和半知菌（deuteromycetes）等。 其中白腐菌（white-rot fungi）可分泌由過氧化物酶和漆酶等組成的胞外木質素降解酶系，形成具有高效PAHs 降解體系，對芘、苯a并芘等的降解效果明顯（Hadibarata 和Kristanti，2012）。Page 73、微生物降解、微生物降解PAHs 機理機理3.1 好氧降解 好氧生物降解過程也稱為有氧呼吸，指微生物在有氧的情況下對污染物質的降解過程，是目前最主要的微生物修復技術。 好

5、養(yǎng)細菌降解多環(huán)芳烴主要通過產生雙加氧酶作用于苯環(huán)，是一種催化多環(huán)芳烴的加氧反應。Page 8Page 9 真菌對多環(huán)芳烴的降解可分為兩種不同的機制： 一是木質素降解酶系體系：真菌通過向胞外分泌木質素降解酶可將PAHs 氧化成醌，然后經過加氫、脫水等作用使PAHs 得到降解。 二是單加氧酶降解體系：單加氧酶對PAHs 的降解機制是在細胞色素P-450 單加氧酶的催化作用下向多環(huán)芳烴苯環(huán)上加氧形成芳香環(huán)氧化物，然后經環(huán)氧化物水解酶催化水合形成反式二氫二羥基化中間體；但這些芳香環(huán)氧化合物不穩(wěn)定，將繼續(xù)反應生成酚的衍生物，并與硫酸鹽、葡萄糖、木糖或葡糖醛酸結合進行重排，得到高水溶性、低毒性的降解中間產

6、物，更容易被進一步降解。Page 10Page 113.2 厭氧降解 厭氧微生物可以利用硝酸鹽、硫酸鹽、鐵、錳和二氧化碳等作為其電子受體，將有機化合物分解成更小的組分，往往以二氧化碳和甲烷作為最終產物。 與好氧降解相比，PAHs 的厭氧降解進程較慢。當PAHs 濃度偏高時，PAHs 的厭氧降解明顯被抑制。厭氧降解一般對低環(huán)多環(huán)芳烴的講解效率比較高。 Page 124、PAHs 污染土壤微生物修復的影響因素污染土壤微生物修復的影響因素溫度溫度PAHs的性質的性質氧氧營養(yǎng)物質營養(yǎng)物質pHPage 134.1 PAHs 的性質 PAHs 的性質主要指PAHs 的可生物利用性，是影響微生物修復的重要因

7、素之一。PAHs 是憎水性物質，隨著環(huán)數的增加，PAHs 的憎水性增強，揮發(fā)性也減小，易吸附于固體顆粒表面和有機腐殖質。 有研究表明，PAHs 吸附在土壤中的時間越久越不易被生物利用。為此，人們常通過增加表面活性劑、溶解性有機質、有機酸等以便將PAHs 從固體顆粒表面和有機腐殖質中解吸出來，從而提高微生物的可利用性。 Page 144.2 氧 無論是真菌還是細菌在好氧代謝多環(huán)芳烴時，氧是微生物進行好氧代謝的重要物質條件。目前生物修復技術中的氧源主要有O2和H2O2等。環(huán)境中氧的含量充足與否對多環(huán)芳烴的好氧降解有著重要的影響。Page 154.3 溫度 溫度是土壤中微生物活性的重要影響因素，土壤

8、中細菌和真菌的最適生長溫度為298303 K。在不同溫度條件下微生物對PAHs 的降解有著明顯的差異，低溫條件下微生物活性會受到抑制，致使微生物對 PAHs 的降解能力下降；高溫條件下酶會因結構被破壞而失去活性、微生物存活率降低，也會使微生物對PAHs 的降解能力下降。 溫度除了影響微生物活性之外，還會引起土壤中氧的含量和PAHs 性質的變化，間接對PAHs的降解產生影響。Page 164.4 pH 土壤微生物對pH 值的變化敏感，當pH 降低，土壤微生物多樣性下降；當pH值小于5.0 時，生物活性受阻，因而微生物對PAHs的降解能力會受到周圍環(huán)境pH的影響。 Zhao 等（2009）在上海某

9、煉油廠區(qū)域分離出施氏假單胞菌(Pseudomonas stutzeri)ZP2，研究其對菲的降解發(fā)現最適pH 為8.0。 Page 174.5 營養(yǎng)物質 碳源、氮源以及無機鹽是微生物生長所必需的營養(yǎng)物質，然而微生物對營養(yǎng)物質的量要求不盡相同，如少動鞘氨醇單胞菌(Sphingomonas paucimobilis)EPA505 能夠利用熒蒽（C16H10）作為唯一碳源和能源進行生長。給微生物提供充足的營養(yǎng)物質可以提高微生物修復性能。Page 185、PAHs 的微生物修復技術的微生物修復技術 土壤微生物修復技術是指利用PAHs 降解菌在適宜的條件下，通過自身的代謝活動對土壤中PAHs進行轉化、降

10、解與去除的方法。 常用的方法主要有3種：原位處理法、堆肥法、生物反應器法。Page 195.1 原位處理法 原位處理指在現場以土壤作為處理系統通過微生物的自然代謝方式來完成對污染土壤修復的技術。一般可在土壤中加入營養(yǎng)鹽、水和氧來刺激土著微生物對PAHs 的代謝，必要時還可以引入微生物、添加表面活性劑來提高微生物降解能力。此方法適用于處理污染面積大，污染深度高的土壤。 Mahmoudi 等（2013）在路易斯安那州鹽澤地，研究了土著微生物群對該地深水平線下石油污染土壤的處理狀況；在石油污染的區(qū)域在深度為3 m 的范圍內，未溶解的復雜混合物濃度為26 46550 380mgkg-1；烷烴濃度為1

11、3036 987 mgkg-1；PAHs濃度為16.299.4 mgkg-1；經過11 個月的微生物處理，污染物濃度去除了80%90%，18 個月后污染物濃度基本得到去除。 Page 205.2 堆肥法 堆肥法也叫生物堆制法、堆腐法，是將受污染的土壤挖掘出來，運輸到處理場地，加入干草、樹葉、木屑、麥稈、草炭、鋸屑及肥料等土壤調理劑以提供微生物生長的營養(yǎng)，并且用石灰調節(jié)其pH，為微生物的生長代謝提供良好的環(huán)境以促進污染物的降解。生物堆處理污染土壤時有較高的效率，可提高土壤的滲透性，改善土壤質量，縮短污染土壤的修復時間。 毛麗華等（2009）應用生物堆肥法修復油田污染土壤， 40d 后原油去除率達45%。Page 215.3 生物反應器 生物反應器是一種特定設計制作的容器，可將污染土壤置于其中，利用微生物的代謝作用可實現對污染物的降解。生物反應器能夠使微生物和土壤均勻混合，極大地增加微生物與污染物的接觸率，從而提高修復效率。 Moscoso 等（2012）在連續(xù)攪拌釜內加入葡萄球菌和芽孢桿菌，采用補料-分批培養(yǎng)的方式降解含菲、芘及苯a并蒽的土壤，經過培養(yǎng)發(fā)現菲、芘和苯a并蒽的降解率都接近100%。 Page 226、展望、展望 土壤多環(huán)芳烴的污染和修復一直是人們關注的熱點