干货|土壤有机污染物生物修复技术研究进展-第5页-北极星环境修复网

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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)。

延伸阅读：

干货|一文GET土壤污染微生物修复技术

原标题：土壤有机污染物生物修复技术研究进展

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