多環芳烴的生物去除研究

李　墾

（河海大學環境科學與工程學院江蘇南京210098）

多環芳烴的生物去除研究

李墾

（河海大學環境科學與工程學院江蘇南京210098）

傳統的多環芳烴治理方法主要是物理去除和化學去除。物理去除法主要是指客土法修復方式，或者是通過汽提、溶劑洗脫、熱解吸、焚燒、填埋等措施去除或固定污染物。化學去除法通常是采用化學修復、光催化修復、電化學修復、微波分解及放射性輻射分解等修復技術將土壤中有機污染物分解或轉化為無毒或低毒性的物質。物理化學修復存在著較為明顯的缺陷，費用高昂，容易對環境產生二次污染，可操作性差，在大規模修復中存在運作困難。而生物去除法以其成本低、無二次污染、可大面積應用等獨特優點越來越受到人們的重視，是目前最具潛力和較為理想的修復技術。

多環芳烴；物理化學去除；生物去除

研究表明，在多環芳烴生物去除的過程中，生物吸附和生物降解都有一定的貢獻。對于多環芳烴這類難降解有機物，生物降解通常花費時間較長，是一個較為緩慢的過程，而且可能會形成比原物質毒性更大的代謝產物。而生物吸附通常能夠在短時間內有效去除污染物，所以生物吸附和生物降解可以協同利用去除多環芳烴。在生物膜修復過程中，通過生物吸附作用，生物膜截留吸附多環芳烴，在長久的時間內，最終被微生物所降解。

1　多環芳烴的生物吸附研究

多環芳烴是疏水性有機物。而疏水性有機物由于不含或僅含有少量的極性基團，因此與極性的水分子之間的作用較弱。一般在固體表面發生物理吸附，而吸附的主要機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質對有機化合物的溶解作用。根據相似相溶的原理，吸附劑中具有親脂性三維空間結構的大分子聚合物可以使疏水性有機物從水相遷移到親脂的有機相中。分配作用主要與吸附質的辛醇-水分配系數和吸附劑中有機質的種類和含量相關。分配作用只與吸附質的溶解度相關，與吸附劑的表面吸附位點無關。

1.2疏水作用

疏水作用是由分子側鏈的疏水基團相互接近而形成的一種作用力，與范德華力有關，屬于表面吸附。主要產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。

在吸附過程中，吸附劑和吸附質的性質通常都比較復雜。當疏水性有機物的分子結構中含有可電離的極性基團時，根據吸附劑本身帶電性質的不同，可以產生靜電引力或斥力。對于一些生物質吸附劑，可能存在親脂性有機質、活性官能團等復雜組分，因此疏水性有機物的吸附往往是多種機制共同作用的結果。而生物膜是一個復雜的多介質多界面系統，能夠顯著影響疏水性有機污染物的持留、分布、遷移轉化及最終歸趨。當固體顆粒吸附性能較差時，其表面形成的生物膜會吸附截留從水相遷移而來的多環芳烴，為其提供重要歸宿。生物膜的主要組成包括微生物集合體及由其產生的起保護作用的胞外聚合物EPS。生物膜中的EPS、細胞壁、細胞膜、細胞質都可以作為吸附位點。這些位點具有不同的吸附能力和偏好。目前對生物膜吸附的研究也主要集中在微生物機體和胞外聚合物兩方面，都可以作為疏水性有機污染物的吸附劑。因此，對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對疏水性有機污染物的吸附情況進行文獻總結。

2　胞外聚合物EPS的生物吸附

EPS是覆蓋在微生物細胞表面的生物聚合物，主要來源于細菌的分泌、細菌表面物質的脫落、細菌溶解及對周圍物質的吸附。微生物可以利用表面的EPS實現自我保護以及和基質及其它微生物之間的相互粘附，并在營養缺乏的情況下將其作為可利用的碳源和能量。根據細胞表面EPS結合程度的不同，細胞表面EPS結構包括松散附著的LB-EPS層和緊密附著的TB-EPS層。很多研究發現，由于EPS含有大量的負電荷官能團如羧基、羥基等以及極性基團如芳香基等，對重金屬離子和有機物有很強的吸附能力。而有機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物。

3　微生物菌體的生物吸附

研究發現細菌、真菌、藻類等很多微生物的有機體均對多環芳烴有吸附作用。而且不論活的或死的微生物菌體都有這種吸附能力。但是活細胞在長久的時間內還會對有機物有降解作用。并且有研究發現死的微生物菌體由于細胞膜滲透性增大，對有機物的吸附效果可能更好。微生物對多環芳烴的吸附作用機制比較復雜，可能存在分配作用和表面活性反應等。Xiao等研究發現共存的過渡金屬離子能夠抵消細胞表面親水性基團如羧基的負電荷，從而增強細胞表面的疏水性分配作用，促進大腸桿菌對非極性疏水有機物菲的吸附。有研究發現諾卡氏菌屬是吸附能力最強的微生物，主要出現在活性污泥處理系統能力不強釋放污泥的過程中。而且吸附能力最強和吸附能力最弱的都是革蘭氏陽性菌。

4　生物吸附的影響因素

土壤沉積物中多環芳烴的吸附受有機質的含量影響很大。影響生物吸附的因素很多，有以下三方面：吸附劑、吸附質的理化性質以及周圍的環境條件。在生物膜吸附過程中，生物膜顆粒大小、尺寸及含量分布、有機污染物的種類、結構和濃度、還有其它的環境因素如pH、共存吸附質、離子強度、表面活性劑等都會影響生物吸附的效率。調節這些影響因素到合適值，能夠促進對有機物的吸附去除。

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

[2]桂紅艷.城市污水處理廠對周邊環境污染及防治初步研究.中國科學院研究生院,廣州地球化學研究所,2007:115.

李墾（1995—）男，湖南衡陽人，本科，研究方向為環境工程。