多环芳烃PAHs在环境中的分布和修复措施

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,多环芳烃（PAHs）在环境中的分布和修复措施,1,Contents,三. 多环芳烃的结构,一. 多环芳烃的污染现状,1,4,二. 多环芳烃的来源和分布,2,3,四.生物体中的分布和毒性,5,五.利用微生物和植物进行修复,2024/9/20,2,一. 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,2024/9/20,3,（,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PAHs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,Table 2 Concentrations of PAHs in various sampling areas in Dalian and Xiamen,China,2024/9/20,4,一. 多环芳烃的污染现状,表1我国部分地区土壤中PAHs的浓度,Table 1 Comparisons of PAHs concentrations in surface soils from various soils in China,（,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PAHs的污染水平、分布特征和毒性特点有所不同,2024/9/20,5,二. 多环芳烃的来源和分布,火山爆发,森林草原的天然燃烧,生物合成,（主要形式）,天然源,2024/9/20,6,二,. 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,2024/9/20,7,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,大气,气、固两种形式,水,吸附在悬浮性固体,溶解于水,乳化状态,土壤,沉降,降水冲洗 作用,2024/9/20,8,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,2024/9/20,9,三. 多环芳烃的结构,2024/9/20,10,三. 多环芳烃的结构,2024/9/20,11,三. 多环芳烃的结构,苯并(a)蒽,苯并(a)芘,BaP,2024/9/20,12,三. 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区为双重性能区,2024/9/20,13,四. 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,2024/9/20,14,四. 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,2024/9/20,15,四. 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,2024/9/20,16,四. 生物体中的分布和毒性,4.1.4 低浓度促进植物的生长，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,2024/9/20,17,四. 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）,2024/9/20,18,四. 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,乳腺和脂肪组织,可蓄积PAH,2024/9/20,19,四. 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,2024/9/20,20,四. 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）,2024/9/20,21,四. 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,100m,3,增加,0.1g,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、膀胱癌等,2024/9/20,22,四. 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,2024/9/20,23,四. 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,2024/9/20,24,四. 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：PAHs的OH,-,与NO,3,-,反应可产生具有强致癌活性的直接致突变物NO,2,-PAHs,2024/9/20,25,四. 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,2024/9/20,26,五. 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,2024/9/20,27,五. 利用微生物和植物进行修复,5.2影响降解因素：,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,2024/9/20,28,五. 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,2024/9/20,29,五. 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,创造既适合于微生物生长又有利于降解有机物的生物代谢环境,2024/9/20,30,五. 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,2024/9/20,31,五. 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)。,2024/9/20,32,五. 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,2024/9/20,33,五. 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,2024/9/20,34,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。,2024/9/20,35,部分参考文献,姜永海，韦尚正，席北斗.PAHs在我国土壤中的污染现状及其研究进展J.生态环境学报2009,18(3):1176-1181.,陈来国,，冉勇.植物修复多环芳烃研究现状J.环境科学与技术2004,5(2):99-100.,赵阳.七种植物对水体中萘的富集特性及修复效应比较D.东北师范大学,2009:1-97.,李兆君，马国瑞.有机污染物土壤环境的植物修复机理J.土壤通报，2005，36(3)：436-438.,凌婉婷，高彦征，熊巍，等.植物对土壤中PAHs的吸收预测J.生态学报2005，25(9)：2320-2324.,赵云英，马永安.天然环境中多环芳烃的迁移转化及其对生态环境的影响J.海洋环境科学，1998，17(2)：68-72.,郭楚玲,郑天凌,洪华生.多环芳烃的微生物降解与生物修复J.海洋环境科学,2000,19(3):21-23.,沈菲,朱利中.钢铁工业区附近农田蔬菜PAHs的浓度水平及分布J.环境科学,2007,28(3):669-672.,刘莉,陈玉成,于萍萍.多环芳烃微生物降解的研究进展J.环境科学,2006,34(23):6289-6291.,BARTHJAC,STEIDLED,KUNTZD,etal.Deposition,persistence and turnover of pollutants:First results from the EU project Aquaerra for selected river basins and aquifersJ.Science of the Total 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