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(3)基团转移作用:
1.脱羧作用,如戊糖丙酸 杆菌(Propionibacterium pentosaceum)可使琥珀酸 等羧酸脱羧为丙酸;
2.脱卤作用,如氯代芳烃、农 药、五氯酚等有机污染物可通过该途径被微生物降解;
3.脱烃作用,某些有烃基连接在氮、氧或硫原子上的农药通过该反应被微生物降解;还有脱氢卤及脱水反应等。
(4)水解作用:主要是酯类、胺类、磷酸酯以 及卤代烃等通过微生物作用的水解类型。
(5)其他反应类型:如氨化、乙酰化、酯化、 缩合、双键断裂及卤原子移动等。
典型有机污染物的微生物转化与降解机理
(1)氯代芳香族污染物的微生物转化及降解机理。研究认为,土壤中存在大量能降解氯代芳香族 污染物的微生物,它们对氯代芳香族污染物的降解途径主要有两种:即好氧降解和厌氧降解(沈德中,2002)。
其中脱氯作用是氯代芳香族有机污染物生 物降解的关键过程,好氧微生物可通过双加氧酶或 单加氧酶作用使苯环羟基化,形成氯代儿茶酚,然 后进行邻位、间位开环,脱氯;也可先在水解酶作用下脱氯后开环,最终矿化(Mars 等,1999;Xun和 Webster,2004;徐向阳等,2004)。氯代芳香族 污染物的厌氧生物降解主要是依靠微生物的还原脱氯作用,逐步形成低氯代中间产物或被矿化生成CO2+CH4 的过程。
一般情况下,高氯代芳香族有机物还原脱氯较容易,而低氯代芳香族有机物厌氧降解较难。
研究表明,氯代芳香族污染物的厌氧微生 物降解具有很大的应用潜力,已成为有机污染土壤 环境修复的研究热点,美国 EPA 也已提出将有机污 染物厌氧生物降解作为生物修复行动计划的优先 领域(Adrian 等,2000;Bunge 等,2003;Fennell等,2004;Holliger 等,1998;Mars 等,1999;Sun等,2000)。
(2)多环芳烃(PAHs)的微生物转化与降解机理。微生物对 PAHs 的降解有两种方式:一种是微 生物在生长过程中以 PAHs 为唯一的碳源和能源生 长而将 PAHs 降解。
一般情况下,微生物对 PAHs的降解都需要 O2 的参与,在加氧酶的作用下使苯 环裂解(侯梅芳等,2014)。其中,真菌主要利用单加氧酶,先进行 PAHs 的羟基化,把一个氧原子加到 PAHs 上,形成环氧化合物,接着水解生成反式二醇和酚类(Barbosa 等,1996);而细菌则一般通过双加氧酶,把两个氧原子加到苯环上形成双氧 乙烷,再形成双氧乙醇,接着脱氢产生酚类。
不同的途径产生不同的中间产物,其中邻苯二酚是最普 遍的,这些中间代谢产物可经过相似的途径进行降 解:苯环断裂→丁二酸→反丁烯二酸→丙酮酸→乙 酸或乙醛(Cerniglia,1992),且都能被微生物吸收 利用,最终产生 CO2 和 H2O。
另外一种是微生物通 过共代谢作用降解PAH(s即PAHs与其他有机物共 氧化),在共代谢过程中,微生物分泌胞外酶降解 共代谢底物维持自身生长,同时也降解一些非微生 物生长必需的物质(如 PAHs)。刘世亮等(2004) 比较研究了邻苯二甲酸、琥珀酸钠作为共代谢底物 时 B[a]P 的降解情况,结果表明,琥珀酸钠加强了B[a]P的共代谢作用,促进了B[a]P的降解,该途径 在 PAHs 污染土壤修复中具有很大的应用价值。
2.3有机污染土壤的动物修复技术
动物修复是指利用土壤动物的直接作用(如吸 收、转化和分解)或间接作用(如改善土壤理化性 质、提高土壤肥力、促进植物和微生物的生长)而 修复土壤污染的过程。土壤中的一些大型土壤动物,如蚯蚓和某些鼠类,能吸收或富集土壤中的残留有机污染物,并通过其自身的代谢作用,把部分有机污染物分解为低毒或无毒产物(丁哲利 等,2014)。
动物对某种污染物的积累及代谢符合 一级动力学,某种有机污染物经动物体内的代谢, 有一定的半衰期,一般经过 5~6 个半衰期后,动 物积累有机污染物达到极限值,意味着动物对土 壤中有机污染物的去除作用已完成。此外,土壤 中还存在着大量的小型动物群,如线虫纲、弹尾 类、稗螨属、蜈蚣目、蜘蛛目、土蜂科等,均对 土壤中的有机污染物存在一定的吸收和富集作 用,能促进土壤中有机污染物的去除(Zhou 等,2011,2012,2013)。
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