多環(huán)芳烴的生物去除研究

李　墾

（河海大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院江蘇南京210098）

多環(huán)芳烴的生物去除研究

李墾

（河海大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院江蘇南京210098）

傳統(tǒng)的多環(huán)芳烴治理方法主要是物理去除和化學(xué)去除。物理去除法主要是指客土法修復(fù)方式，或者是通過(guò)汽提、溶劑洗脫、熱解吸、焚燒、填埋等措施去除或固定污染物?；瘜W(xué)去除法通常是采用化學(xué)修復(fù)、光催化修復(fù)、電化學(xué)修復(fù)、微波分解及放射性輻射分解等修復(fù)技術(shù)將土壤中有機(jī)污染物分解或轉(zhuǎn)化為無(wú)毒或低毒性的物質(zhì)。物理化學(xué)修復(fù)存在著較為明顯的缺陷，費(fèi)用高昂，容易對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染，可操作性差，在大規(guī)模修復(fù)中存在運(yùn)作困難。而生物去除法以其成本低、無(wú)二次污染、可大面積應(yīng)用等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越受到人們的重視，是目前最具潛力和較為理想的修復(fù)技術(shù)。

多環(huán)芳烴；物理化學(xué)去除；生物去除

研究表明，在多環(huán)芳烴生物去除的過(guò)程中，生物吸附和生物降解都有一定的貢獻(xiàn)。對(duì)于多環(huán)芳烴這類難降解有機(jī)物，生物降解通?；ㄙM(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，是一個(gè)較為緩慢的過(guò)程，而且可能會(huì)形成比原物質(zhì)毒性更大的代謝產(chǎn)物。而生物吸附通常能夠在短時(shí)間內(nèi)有效去除污染物，所以生物吸附和生物降解可以協(xié)同利用去除多環(huán)芳烴。在生物膜修復(fù)過(guò)程中，通過(guò)生物吸附作用，生物膜截留吸附多環(huán)芳烴，在長(zhǎng)久的時(shí)間內(nèi)，最終被微生物所降解。

1　多環(huán)芳烴的生物吸附研究

多環(huán)芳烴是疏水性有機(jī)物。而疏水性有機(jī)物由于不含或僅含有少量的極性基團(tuán)，因此與極性的水分子之間的作用較弱。一般在固體表面發(fā)生物理吸附，而吸附的主要機(jī)制包括分配作用和疏水作用。

1.1分配作用

分配作用是吸附劑中的有機(jī)質(zhì)對(duì)有機(jī)化合物的溶解作用。根據(jù)相似相溶的原理，吸附劑中具有親脂性三維空間結(jié)構(gòu)的大分子聚合物可以使疏水性有機(jī)物從水相遷移到親脂的有機(jī)相中。分配作用主要與吸附質(zhì)的辛醇-水分配系數(shù)和吸附劑中有機(jī)質(zhì)的種類和含量相關(guān)。分配作用只與吸附質(zhì)的溶解度相關(guān)，與吸附劑的表面吸附位點(diǎn)無(wú)關(guān)。

1.2疏水作用

疏水作用是由分子側(cè)鏈的疏水基團(tuán)相互接近而形成的一種作用力，與范德華力有關(guān)，屬于表面吸附。主要產(chǎn)生于吸附劑的疏水表面和疏水分子之間。吸附劑表面的疏水性決定了疏水作用的大小。

在吸附過(guò)程中，吸附劑和吸附質(zhì)的性質(zhì)通常都比較復(fù)雜。當(dāng)疏水性有機(jī)物的分子結(jié)構(gòu)中含有可電離的極性基團(tuán)時(shí)，根據(jù)吸附劑本身帶電性質(zhì)的不同，可以產(chǎn)生靜電引力或斥力。對(duì)于一些生物質(zhì)吸附劑，可能存在親脂性有機(jī)質(zhì)、活性官能團(tuán)等復(fù)雜組分，因此疏水性有機(jī)物的吸附往往是多種機(jī)制共同作用的結(jié)果。而生物膜是一個(gè)復(fù)雜的多介質(zhì)多界面系統(tǒng)，能夠顯著影響疏水性有機(jī)污染物的持留、分布、遷移轉(zhuǎn)化及最終歸趨。當(dāng)固體顆粒吸附性能較差時(shí)，其表面形成的生物膜會(huì)吸附截留從水相遷移而來(lái)的多環(huán)芳烴，為其提供重要?dú)w宿。生物膜的主要組成包括微生物集合體及由其產(chǎn)生的起保護(hù)作用的胞外聚合物EPS。生物膜中的EPS、細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)都可以作為吸附位點(diǎn)。這些位點(diǎn)具有不同的吸附能力和偏好。目前對(duì)生物膜吸附的研究也主要集中在微生物機(jī)體和胞外聚合物兩方面，都可以作為疏水性有機(jī)污染物的吸附劑。因此，對(duì)生物膜的這兩大主要組成成分微生物菌體和胞外聚合物EPS對(duì)疏水性有機(jī)污染物的吸附情況進(jìn)行文獻(xiàn)總結(jié)。

2　胞外聚合物EPS的生物吸附

EPS是覆蓋在微生物細(xì)胞表面的生物聚合物，主要來(lái)源于細(xì)菌的分泌、細(xì)菌表面物質(zhì)的脫落、細(xì)菌溶解及對(duì)周圍物質(zhì)的吸附。微生物可以利用表面的EPS實(shí)現(xiàn)自我保護(hù)以及和基質(zhì)及其它微生物之間的相互粘附，并在營(yíng)養(yǎng)缺乏的情況下將其作為可利用的碳源和能量。根據(jù)細(xì)胞表面EPS結(jié)合程度的不同，細(xì)胞表面EPS結(jié)構(gòu)包括松散附著的LB-EPS層和緊密附著的TB-EPS層。很多研究發(fā)現(xiàn)，由于EPS含有大量的負(fù)電荷官能團(tuán)如羧基、羥基等以及極性基團(tuán)如芳香基等，對(duì)重金屬離子和有機(jī)物有很強(qiáng)的吸附能力。而有機(jī)物方面研究較多的主要是染料和殺蟲劑，大都是溶于水的有機(jī)物。

3　微生物菌體的生物吸附

研究發(fā)現(xiàn)細(xì)菌、真菌、藻類等很多微生物的有機(jī)體均對(duì)多環(huán)芳烴有吸附作用。而且不論活的或死的微生物菌體都有這種吸附能力。但是活細(xì)胞在長(zhǎng)久的時(shí)間內(nèi)還會(huì)對(duì)有機(jī)物有降解作用。并且有研究發(fā)現(xiàn)死的微生物菌體由于細(xì)胞膜滲透性增大，對(duì)有機(jī)物的吸附效果可能更好。微生物對(duì)多環(huán)芳烴的吸附作用機(jī)制比較復(fù)雜，可能存在分配作用和表面活性反應(yīng)等。Xiao等研究發(fā)現(xiàn)共存的過(guò)渡金屬離子能夠抵消細(xì)胞表面親水性基團(tuán)如羧基的負(fù)電荷，從而增強(qiáng)細(xì)胞表面的疏水性分配作用，促進(jìn)大腸桿菌對(duì)非極性疏水有機(jī)物菲的吸附。有研究發(fā)現(xiàn)諾卡氏菌屬是吸附能力最強(qiáng)的微生物，主要出現(xiàn)在活性污泥處理系統(tǒng)能力不強(qiáng)釋放污泥的過(guò)程中。而且吸附能力最強(qiáng)和吸附能力最弱的都是革蘭氏陽(yáng)性菌。

4　生物吸附的影響因素

土壤沉積物中多環(huán)芳烴的吸附受有機(jī)質(zhì)的含量影響很大。影響生物吸附的因素很多，有以下三方面：吸附劑、吸附質(zhì)的理化性質(zhì)以及周圍的環(huán)境條件。在生物膜吸附過(guò)程中，生物膜顆粒大小、尺寸及含量分布、有機(jī)污染物的種類、結(jié)構(gòu)和濃度、還有其它的環(huán)境因素如pH、共存吸附質(zhì)、離子強(qiáng)度、表面活性劑等都會(huì)影響生物吸附的效率。調(diào)節(jié)這些影響因素到合適值，能夠促進(jìn)對(duì)有機(jī)物的吸附去除。

[1]湯烜祎.改性泥炭吸附水體中疏水性有機(jī)污染物及其機(jī)理研究[D].華東理工大學(xué),2010.

[2]桂紅艷.城市污水處理廠對(duì)周邊環(huán)境污染及防治初步研究.中國(guó)科學(xué)院研究生院,廣州地球化學(xué)研究所,2007:115.

李墾（1995—）男，湖南衡陽(yáng)人，本科，研究方向?yàn)榄h(huán)境工程。