李　垦

（河海大学环境科学与工程学院江苏南京210098）

多环芳烃的生物去除研究

李垦

（河海大学环境科学与工程学院江苏南京210098）

传统的多环芳烃治理方法主要是物理去除和化学去除。物理去除法主要是指客土法修复方式，或者是通过汽提、溶剂洗脱、热解吸、焚烧、填埋等措施去除或固定污染物。化学去除法通常是采用化学修复、光催化修复、电化学修复、微波分解及放射性辐射分解等修复技术将土壤中有机污染物分解或转化为无毒或低毒性的物质。物理化学修复存在着较为明显的缺陷，费用高昂，容易对环境产生二次污染，可操作性差，在大规模修复中存在运作困难。而生物去除法以其成本低、无二次污染、可大面积应用等独特优点越来越受到人们的重视，是目前最具潜力和较为理想的修复技术。

多环芳烃；物理化学去除；生物去除

研究表明，在多环芳烃生物去除的过程中，生物吸附和生物降解都有一定的贡献。对于多环芳烃这类难降解有机物，生物降解通常花费时间较长，是一个较为缓慢的过程，而且可能会形成比原物质毒性更大的代谢产物。而生物吸附通常能够在短时间内有效去除污染物，所以生物吸附和生物降解可以协同利用去除多环芳烃。在生物膜修复过程中，通过生物吸附作用，生物膜截留吸附多环芳烃，在长久的时间内，最终被微生物所降解。

1　多环芳烃的生物吸附研究

多环芳烃是疏水性有机物。而疏水性有机物由于不含或仅含有少量的极性基团，因此与极性的水分子之间的作用较弱。一般在固体表面发生物理吸附，而吸附的主要机制包括分配作用和疏水作用。

1.1分配作用

分配作用是吸附剂中的有机质对有机化合物的溶解作用。根据相似相溶的原理，吸附剂中具有亲脂性三维空间结构的大分子聚合物可以使疏水性有机物从水相迁移到亲脂的有机相中。分配作用主要与吸附质的辛醇-水分配系数和吸附剂中有机质的种类和含量相关。分配作用只与吸附质的溶解度相关，与吸附剂的表面吸附位点无关。

1.2疏水作用

疏水作用是由分子侧链的疏水基团相互接近而形成的一种作用力，与范德华力有关，属于表面吸附。主要产生于吸附剂的疏水表面和疏水分子之间。吸附剂表面的疏水性决定了疏水作用的大小。

在吸附过程中，吸附剂和吸附质的性质通常都比较复杂。当疏水性有机物的分子结构中含有可电离的极性基团时，根据吸附剂本身带电性质的不同，可以产生静电引力或斥力。对于一些生物质吸附剂，可能存在亲脂性有机质、活性官能团等复杂组分，因此疏水性有机物的吸附往往是多种机制共同作用的结果。而生物膜是一个复杂的多介质多界面系统，能够显著影响疏水性有机污染物的持留、分布、迁移转化及最终归趋。当固体颗粒吸附性能较差时，其表面形成的生物膜会吸附截留从水相迁移而来的多环芳烃，为其提供重要归宿。生物膜的主要组成包括微生物集合体及由其产生的起保护作用的胞外聚合物EPS。生物膜中的EPS、细胞壁、细胞膜、细胞质都可以作为吸附位点。这些位点具有不同的吸附能力和偏好。目前对生物膜吸附的研究也主要集中在微生物机体和胞外聚合物两方面，都可以作为疏水性有机污染物的吸附剂。因此，对生物膜的这两大主要组成成分微生物菌体和胞外聚合物EPS对疏水性有机污染物的吸附情况进行文献总结。

2　胞外聚合物EPS的生物吸附

EPS是覆盖在微生物细胞表面的生物聚合物，主要来源于细菌的分泌、细菌表面物质的脱落、细菌溶解及对周围物质的吸附。微生物可以利用表面的EPS实现自我保护以及和基质及其它微生物之间的相互粘附，并在营养缺乏的情况下将其作为可利用的碳源和能量。根据细胞表面EPS结合程度的不同，细胞表面EPS结构包括松散附着的LB-EPS层和紧密附着的TB-EPS层。很多研究发现，由于EPS含有大量的负电荷官能团如羧基、羟基等以及极性基团如芳香基等，对重金属离子和有机物有很强的吸附能力。而有机物方面研究较多的主要是染料和杀虫剂，大都是溶于水的有机物。

3　微生物菌体的生物吸附

研究发现细菌、真菌、藻类等很多微生物的有机体均对多环芳烃有吸附作用。而且不论活的或死的微生物菌体都有这种吸附能力。但是活细胞在长久的时间内还会对有机物有降解作用。并且有研究发现死的微生物菌体由于细胞膜渗透性增大，对有机物的吸附效果可能更好。微生物对多环芳烃的吸附作用机制比较复杂，可能存在分配作用和表面活性反应等。Xiao等研究发现共存的过渡金属离子能够抵消细胞表面亲水性基团如羧基的负电荷，从而增强细胞表面的疏水性分配作用，促进大肠杆菌对非极性疏水有机物菲的吸附。有研究发现诺卡氏菌属是吸附能力最强的微生物，主要出现在活性污泥处理系统能力不强释放污泥的过程中。而且吸附能力最强和吸附能力最弱的都是革兰氏阳性菌。

4　生物吸附的影响因素

土壤沉积物中多环芳烃的吸附受有机质的含量影响很大。影响生物吸附的因素很多，有以下三方面：吸附剂、吸附质的理化性质以及周围的环境条件。在生物膜吸附过程中，生物膜颗粒大小、尺寸及含量分布、有机污染物的种类、结构和浓度、还有其它的环境因素如pH、共存吸附质、离子强度、表面活性剂等都会影响生物吸附的效率。调节这些影响因素到合适值，能够促进对有机物的吸附去除。

[1]汤烜祎.改性泥炭吸附水体中疏水性有机污染物及其机理研究[D].华东理工大学,2010.

[2]桂红艳.城市污水处理厂对周边环境污染及防治初步研究.中国科学院研究生院,广州地球化学研究所,2007:115.

李垦（1995—）男，湖南衡阳人，本科，研究方向为环境工程。