（环境科学专业论文）多氯联苯降解菌的筛选、菌株性质研究及其活性酶的性质分析.pdf

袢人学帧l f 彤洼哗业论文 达到7 0 。 通过对w 0 2 菌株的研究发现，该菌株在添加了外加碳源后，该 菌株的生长情况并不如只用多氯联苯作为唯一碳源的培养基中的生 长情况。运用正交实验分别测定p h 为5 o 、7 0 、9 0 ，温度为2 5 、 3 0 、3 5 ，恒温培养箱中、摇床转速为1 0 0 r p m 、1 5 0 r p m 条件下菌 株的生长情况，在恒温培养箱中，p h 7 o 、温度为3 5 的条件下，该 菌株的生长情况最好，从而该条件即为该菌株的最佳生长条件。 对w _ 0 2 菌株进行革兰氏染色镜检分析，由上海基康公司进行该 菌株的基因测序和菌种鉴定。通过初步的分析该菌株属于革兰氏阴性 菌，再通过进一步的1 6 s r d n a 基因测序，确定该菌株为& 印砂肠c c 淞 印姚聊舭此菌株属于微球菌科，葡萄球菌属中的表皮葡萄球菌。 分析菌株对多氯联苯起作用的原因主要是酶蛋白对多氯联苯中 苯环的催化降解作用。因此在本实验中对该酶进行了初步研究。经过 盐析粗提和层析柱层析洗脱后，分离出三种蛋白质峰，通过对这三种 蛋白质峰进行酶活力测定发现只有i 号酶具有很好的酶活性。提取该 酶进行研究，确定其最佳的酶促反应条件为：温度为3 0 、p h 值为 7 o 。另外m 9 2 + 对该酶促反应具有促进作用，c a “+ 、f e 外、z n 2 + 、a 1 3 + 对 该酶促反应具有一定的抑止作用。c u 2 + 、f e 3 + 则对该酶促反应具有完全 的抑制作用。+ 将该菌株运用到具体的工程实际分析中，将其接种在特定的污水 中测定其对c o d 的去除效果发现，单独对污水处理时，其对c o d 的去 除效果并不算很明显。但是将其接种到带有其它活性污泥的污水中 摘要 时，其降解效果比该菌株单独处理或者活性污泥单独处理的效果都要 高，说明混合菌株不仅能对难降解处理的多氯联苯有明显效果并且对 于废水中的其它有机污染物也能有效的去除。但是随着时间的进一步 推移混合菌株处理废水的效果逐渐接近于活性污泥处理废水的效果， 说明w 0 2 菌株逐渐被土著菌株所同化，所以在实际工程应用应该考 虑对该菌株进行有效的保护，使其保持长时间的活性，有效地处理废 7 k 。 关键词：分离，纯化，降解，优化条件，活性，酶 东。产人学颐l ：研究生牛业论文 r e s e a r c ho nt h en a t u i 之e0 ft h e p o l y c h l o r i n a t e db i p h e n y l sb i o d e g r a d a t i o n a n dt h ea n a i y s eo ft h ee n z m e sn a t u r e a b s t r a c t p o l y c h l o r i n a t e db i p h e n y l si sn o t e da sa nc h a m i c a lo r g a n i cm a t t e r w i t ht o x i c y i tc a na f f e c tt h eh e a l t h yo fo 唱a n i s mb ye n r i c h e di nt h e h u m e n sb o d y i tc a nb ea b s o r b e db yo 唱a n i s m ss k i nl u n ga n ds t o m a c h ， w h e ni ti sf l o w e dt ol i v e ro 唱a n i z eo fm u s c l ea n df a t t i n e s sb yb l o o d t h e t o x i ce f j e b c tt oh u m a n si sc a n tb er e v e r s e d b e c a u s et h et r a d i t i o n a l m e t h o d st od i s p o s ep 0 1 y c h l o r i n a t e db i p h e n y l sa l le x i s td e f i c i e n c y ；t h i s t a s k s m d y t h ee f f e c to f m i c r o o 曙a n i s md e g r a d i n gp o l y c h l o r i n a t e d b i p h e n y l so w e dt ot h e s ec a u s a t i o n s b e c a u s eo ft h ec h l o r i n ea t o mr e p l a c et h eh y d r o g e na t o mw h i c ho n t h ep h e n y l ，t h i ss t l l j c t u i eo fp o l y c h l o r i n a t e db i p h e n y l sm a k ei tb e i n gb e d e g r a d a t e da n di ti sp o i s o nt om i c r o o 唱a n i s m a n ds oi ti sv e 哆v a l u a b l e t os e l e c to n eo fm i c r o b es t r a i nc a nt o l e r a n tt h et o x i c i t yo f p o l y c h l o n n a t e d b i p h e n y l sa n da l s oc a nd e g r a d ei t t h i se x p e r i m e n tc h o o s et h ew a s t e w a t e r 4 a b s t r a c t a n dt h ea c t i v i t ys l u d g eo rt h es o i la st h es o u r c eo fm i c r o b ew h i c hi n s o n g d o n gw a s t e w a t e rp u r i f i e dc o m p a n y ，r o t o r kc o n t r o li t d ， s h a n g h a it i a n y u a nc h l o r a l k a l if a c t o r y ：t h eb i p h e n y lw a su s e da sa l o n e c a r b o ns o u r c et oc u l t i v a t et h em i c r o o 唱a n i s m w 1 1 e nt h em i c r o o 曙a n i s m w a sd o m e s t i c a t e df i r s t t i m e ，e n r i c h e d ， d o m e s t i c a t e ds e c o n d t i m e ， s 印a r a t e da n dp u d f i e d ，i tw a ss e p a r a t e dt h i e ek i n d so fs t r a i nw h i c hc a n d e g r a d eb i p h e n y l t h e s et h r e eb n d so fs t r a i nw e r ei n o c u l a t e dt ot h e c u l m r em e d i u mw i t h b i p h e n y l a r e rt w ow e e k st h e d e g r a d a t i o n e m c i e n c yo fb i p h e n y lt e s t e db yl i q u i dc h r o m a t o g r a p h yc a nu pt o6 0 7 0 。e s p e c i a l l yt h em i c r o o 唱a n i s mc a l l e dw 0 2s t r a i nw h i c hw a sc h o s e n 矗o mr o t o r kc o n t r o li dh a st h eb e s ta c t i o nt ob i p h e n y l ，t h ed e g r a d e e m c i e n c y c a nu pt o7 0 w j 0 2s t m i nw a ss t l l d i e da r e ri tw a sd e t e m l i n e dt h a ti tc a nd e g r a d e t h eb i p h e n y lw i t ht h eb e s tr e s u l t w h e nt h ei n c u b a t i o nm e d i aw a sa d d e d t h ee x t r ac a r b o n ，t h eg r o w t hs i t u a t i o no fw 0 2s t r a i ni ni ti sw o r s et h a ni n t h ei n c u b a t i o nw i t hb i p h e n y la st h eo n l yc a r b o ns o u r c e i nt h ec o n d i t i o n o fv a r i a n tp h ，t e m p e r a t u r ea n dt h es p e e do fr o t a t i o n ，i t sg r o w t hs i t u a t i o n w a st e s t e dt of i n dt h e b e s to n e s oi tw a sc o n 矗n n e dt h a tt h eb e s t e n z y m a t i cr e a c t i o nc o n d i t i o n s ：t h ep hi s7 o ，t h et e m p e r a t u r ei s 35 w h e ni ti si nt h ec o n s t a n tt e m p e r a t u r ei n c u b a t o r t h e ni tw a sa n a l y z e db yg r a m ss t a i n i n gt od e t e m i n et h ei n i t i a t i v e c h a r a c t e r t h eg e n es e q u e n c ea n dt h em i c r o b ec u l t u r ew a st e s t e d b y 5 东。芦人学顾l ：研究生毕业论文 s h a n g h a ig e n e c o r eb i o t e c h n 0 1 0 9 i e sc o ，l t d t h es t r a i ni s 叛妒砂肠c c 蹦s 号p 沈厂，”姚t h o u g ht h e l6 s r d n a g e n e a n a l y s i s i t b e l o n g s t o m i c r o c o c c n c e n e 瓤过s t 印h y l o c o c c t l s t h ep e a s o nw h yt h ep o l y c h l o r i n a t e db i p h e n y l sc a nb ed e g r a d e di s t h a tt h ep a r t i c u l a l ye n z y m ec a no x i d i z et h eb e n z e n er i n g a n dt h e p o l y c h l o r i n a t e db i p h e n y l sw o u l dm m i n t ol o n gc h a i no 略a n i cm a t t e ra n d b ed e g r a d e d w h e nt h ee n z y m e sw e r ed e p o s i t e da n ds 印a r a t e db y c h r o m a t o g r a p h y ，t h r e el ( i n d so fe n z y m ew a ss 印a r a t e d t h ee n z 弘n e m a r k e dn u m b e rih a st h eb e s ta c t i v i t yt e s t e db yu v 二s i b l el i g h ta n a l y s i s i nt h ec o n d i t i o no ft h et e m p e r a m r ei s3 0 a n dt h ep hi s7 o ，t h ee n z y m e h a sb e s ta c t iv i t y a n dt h em a g n e s i u mi o nc a na c c e l e r a t et h ea c t i v i t yo ft h e e n z y m e t h ec a l c i u mi o n ，t h ef e r r ii o n ，t h ez i n ci o na n dt h ea l u m i n u mi o n c a ns u p p r e s st h ea c t i v i t ya tac e r t a i nd e g r e e h o w e v e r ，t h ec u p m mi o n a n dt h ei f o ni o ns u p p r e s st h ee n z y m ea c t i v i t yt o t a l l y ： t h ec u l t u r ew a si n o c u l a t e dt ot h ew a t s t e w a t e ra n dt e s tt h ec o d i ti s s h o wt h a tt h ec u l t u r ea st h eo n l ym i c r o b ei nw a s t e r w a t e rh a si l l d e f i n e d a c t i o nt oc o d b u tw h e nt h ec u l t u r ew a si n o c u l a t e dw i t ho t h e ra c t i v i t y s l u d g e ，t h ea c t i o nw a so b v i o u s l y ，t h er e s u l to ft r e a t m e n ti sb e t t e rt h a nw i t h o n l yc u l t l l r eo rw i t ho n l ya c t i v i t ys l u d g e b u tw h e nt i m e sg o n et h er e s u l t o fw a s t e w a t e rt r e a t m e n tw i t hm i x t u r ec u l m r ew a sa p p r o a c ht ot h e w a s t e w a t e rw i t ha c t i v i t ys l u d g e i ti si n d i c a t e dt h a tt h es e p e r a t e dc u l t u r e w a sa s s i m i l a t e db yt h ei n d i g e n em i c r o b e h o wt ou s et h es t r a i nw 二0 2t o 6 a b s t r a c t t r e a tw a s t e w a t e re f i f e c t i v e l yi sap r o b l e mt ou s k e yw o r d s ： s e p a t a t e ，p u r i f i c a t i o n ，d e g r a d a t i o n ，o p t i m i z a t i o nc o n d i t l o n ，a c t l v l t y e n z y m e 7 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本 人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用 的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的 内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律 结果由本人承担。 学位论文作者签名：红旦喜 同期： 冲f 刖7 同 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密酿 学位论文作者签名：在里毫 日期：细阵f 月 日 i 指导教师签名：茏必净 日期：溯g 年f 月侣日 l 绪论 1 绪论 1 1 多氯联苯的概述 多氯联苯( p c b s ) 是一种化学有机物，其性质类似于d d t 。通过催化使联苯发 生氯化反应而大量产生。在催化联苯进行氯化反应的过程中产生了复杂的混合 物，根据联苯中氯原子取代基的数量多少和取代位置的不同可产生高达2 0 9 种产 物，称为同类物质n3 。在多氯联苯的同类物质中拥有相同数量氯原子的多氯联苯 称为同系物。在这些同系物中因氯原子位置的不同而构成各种同分异构体。 多氯联苯从1 9 世纪3 0 年代开始生产，经过相当长的时i 、日j 跨度直到7 0 年代 才停止生产乜1 ，由于其特殊的物理和化学性质，它们广泛应用于工业生产中。 多氯联苯对生物降解有很强的抵抗能力，多年后仍然能够存在于土壤和水体 中。主要是通过食物链的传递在生物细胞中发尘富集作用，从而对生物体产生毒 性。p c b s 能在环境中产生持续稳定污染的首要表现为，天然的土壤和水生微生 物不能有效的降解这种混合物。 1 1 1 多氯联苯的性质 多氯联苯是由苯环原子作为核心携带1 l o 个氯原子组成的，其化学通式为： c 。：h 。c 1 。p c b s 的基本结构式由w i e g e ljw uq 给出的3 。见图卜l 。 ”雠嘲肭o 32 图卜lp c b s 的基本结构 f i g l lt h eb a s i cs t m c t u r eo fp c b s 在多氯联苯的加工制造过程中会产生一系列的混合物，根据联苯环上所带氯 原子多少的不同，它们的分子量从1 8 8 到4 3 9 7 不等。其中携带5 到1 0 个氯原 囝一奎! 坠堂塑i ：型! 窒竺里! ! 堡兰 子的多氯联苯会产生毒性，而大多数的氯原子都分布在其对位和问位上。其中在 3 ，4 邻位上携带有氯原子的多氯联苯被认为是毒性最大的n 1 。 p c b s 的物理和化学性质取决于联苯环上氯原子取代基的多少。工业生产的 p c b s 从无色液状到黑色油状，甚至是黄色或者黑色的树脂状。氯原子取代基比 较少的多氯联苯( 如一氯，二氯，三氯，四氯联苯) 大多为无色油状液体，五氯 联苯的密度要大，呈蜂蜜状。带有更多氯原子的p c b s 呈光滑的油脂状。多氯联 苯的沸点为1 4 0 2 0 0 之问。多氯联苯的蒸汽呈无色，且带有刺鼻的臭味。 p c b s 在水中是难溶的，但是易溶于油或者脂类。它们在水中的溶解度随着氯 原子的增加而降低，其溶解度从一氯联苯的6 p p m 到八氯联苯的0 0 0 7 p p m 。十氯 联苯虽然带有最多的氯原子取代基，但是其溶解度却是八氯联苯的两倍。另外在 相同氯原子的情况下，多氯联苯的溶解度也随着氯原子取代位置的不同而不同。 p c b s 具有热稳定性、化学性质不活泼、不易燃烧、高电阻性等，这些性质 使得其在工业生产中得到广泛的应用。其中主要用于叶轮机的润滑剂，会属处理 中的除油剂，也用于表面涂层、黏合剂、杀虫剂，无碳的复写纸、染色剂、防水 剂等晴1 。 1 1 2p c b s 的特征 由于多氯联苯特殊的化学结构决定其具有特殊的性质，其具体性质如下： 1 持久性和长期残留性 p c b s 化学结构和性质极为稳定，对于自然条件下的生物代谢、光降解、化 学分解等具有很强的抵抗能力，一旦排放到环境中，在一般条件下极难分解和降 解。p c b s 耐热性极强，在1 0 0 0 1 4 0 0 的高温下才能使它们完全分解；在大于 1 2 0 0 ，并且有足够氧的燃烧条件下，存在时间可达2 秒呻1 。 2 生物蓄积性 p c b s 具有低水溶性，高脂溶性的特征，因而能够在脂肪组织中进行生物蓄 积，从而导致它们从周围媒介物质中富集到生物体内，并通过食物链的生物放大 作用使生物体中毒盯1 。多氯联苯在小型水生有机物和鱼类体内富集，经过食物链 的传递，最后聚集在鱼类和哺乳动物体内，浓度可以达到水中的几千倍。据报道， 水鸟体内的浓度呵达水中的5 0 1 0 0 力倍啤1 。 2 i 绪论 3 半挥发性与远距离迁移 p c b s 能够从水体或土壤通过蕉发进入大气环境或通过吸附在颗粒物上，在 大气环境中进行远距离迁移，所具备的挥发性可以反复多次地发生。j 下是由于其 高持久性和半挥发性，才使得全球范围内都有可能监测出p c b s 的存在。有研究 表明，即便是在人迹罕至的北极地区，生物体中也已经检测到1 1 2 9 0 0 ( u g g 湿重) 的p c b s h l 。 p c b s 可以在空气中长距离的传递，并可以在很远的地方沉降下来。在水中， 绝大多数的p c b s 会附着在有机颗粒上，沉降在底泥中。一般来说，p c b s 优先聚 集在小粒径的有机颗粒上。大粒径( 粒径 6 3 u m ) 有机颗粒主要吸附含低氯原子 取代基的p c b s ，而含高氯原子取代基的p c b s 主要吸附于小颗粒上。胶体对于p c b s 的吸附作用对其溶解度也有较明显影响。由于胶体的存在，p c b s 在孔隙中的浓 度常常超过它的溶解度。这种吸附使它们的分布和底泥深度成j 下比阳3 。因此，土 壤和底泥可以称为p c b s 的贮藏室。由于环境的循环作用( 泥土翻新、潮汐作用) 会使p c b s 出现重复污染。 4 高毒性 p c b s 能够导致生物体内分泌紊乱、生殖及免疫机能失调、神经行为和发育 紊乱甚至引起癌症等严重疾病。p c b s 的毒性具有潜在性和不可逆转性等特点n 引。 潜在性是在生物体及坏境中累积到一定程度才表现出毒性危害；不可逆转性是指 其毒性无法缓解。由于其化学稳定性，在通过皮肤、呼吸道、消化道进入机体后 不能被分解。由于其低水溶性和高脂溶性，可以在人体各部位的脂肪中富集。 1 1 3p c b s 的来源 迄今为止还没有找到p c b s 的天然来源，但它们广泛存在于环境中，在空气、 水体、土壤和食物中均可以找到它们的踪迹。多氯联苯在其生产，应用等过程中 输出到环境中。在运输过程中溢出、由p c b s 容器的裂缝中意外溢出、废旧变压 器中的绝缘液的渗漏、密封存放点的渗漏和火灾等途径进入大气，水和土壤中。 p c b s 能在空气中迁移很长一段距离，可以在距离其溢出地很远的地方沉积下来 n ，其中市政垃圾，医疗垃圾等燃烧是p c b s 进入大气的主要途径。多氯联苯的 处理、贮存不当，仪器的使用不当，有害垃圾的贮存地，事故泄漏( p c b s 溅出 奎兰叁堂竺! 型! 塑竺皇些笙茎 和溢出，运输过程中的燃烧等) ，坏境中以前沉积的p c b s 污染等，是p c b s 的另 一个重要来源。 在水体中，p c b s 高度集中在靠近人们活动地的近海海岸线。p c b s 在水体表 面传播的主要原因是由于环境的循坏作用而产生污染( 例如水体沉积物，空气和 土壤) 。当少量p c b s 释放到水体中时首先贮存在水底的沉积物中。然后通过海洋 生物进入生物链，因为p c b s 可以在鱼体内富集，其在鱼体内的含量是在水体中 含量的上千倍。 多氯联苯对土壤有很强的粘附作用，并且可以在里面持续很多年。环境的循 环作用被认为是p c b s 污染土壤的主要途径。另外一种污染源是在一些特定的工 作地点，如一些维修p c b s 运输器的地点、事故地、废弃物处理处置地、丢弃p c b s 容器材料的地方。由于以前的器具和电子设备有可能含有p c b s ，因此也被认为 是家庭污染的主要途径。研究表明p c b s 在室内的含量往往要比在室外的含量要 高引。 1 2p c b s 对健康和环境的毒理性影响 多氯联苯具有低度到中度的毒性。对动物的毒理性实验结果表明其半致死 量( l d 。) 范围从o 5 9 k g ( 体重) 0 1 3 9 k g ( 体重) 引。主要是慢性积累的结果 导致多氯联苯对生物体产生毒性作用。 多氯联苯被生物体的皮肤、肺和肠胃系统所吸收，然后随血液流入肝脏、各 种肌肉和脂肪组织，随后在那里富集。研究表明p c b s 在人体内的富集随着年龄、 性别和p c b s 在身体中富集部位的不同而对人的健康产生不同的影响。p c b s 是一 种致癌物质，通过毒理性研究，动物在短时间内食用含大量p c b s 的食物后会对 其肝脏产生伤害，部分动物甚至会死亡。p c b s 也被怀疑是导致海鸥发生高死亡 率的罪魁祸首口3 1 。在p c b s 被引入使用3 0 年后( 6 0 年代的后期) ，人们开始关注 p c b s 的环境影响。一位瑞典科学家发现由于p c b s 的生物聚集使得海鸥的蛋壳变 薄，导致其生育能力下降。p c b s 含有抗雌性激素，在蛋的形成过程中能抵制钙 的沉积，导致蛋壳变薄和早产。p c b s 中的抗雌性激素对于鸟类和动物的雌性生 产能力会产生不利影响。 除了对动物的研究，也报道了对于暴露于p c b s 工作环境下的工人所患流行 4 l 绪论 病的情况。对人类的研究表明p c b s 可能会产生敛癌作用1 。在p c b s 污染环境下 工作的工人得片 癌和恶性肿瘤的病例不断增长。暴露在p c b s 环境下的人们和动 物，其特定的器官都有癌变的情况出现。暴露在高浓度p c b s 的条件下，甚至可 以导致激烈的影响，其中包括氯瘫疮；肝脏损伤( 如临床的肝炎) ；非癌、短期 疾病，如体重的减轻，免疫功能的损害；还可以损坏中枢神经系统，包括头疼， 头昏眼花，消沉，紧张和疲劳。 多氯联苯可以影响浮游植物的繁殖，影响浮游植物群落的构成。浮游植物是 一切海洋生物最初的食物来源，也是大气中氧气的主要制造者。食物链中p c b s 从浮游植物到无脊椎动物，鱼，到哺乳动物，通过这种食物链最终导致在人体内 的富集，对人体产生不利影响。 1 3 国内外现状调查及研究 1 3 1 国内调查现状 我国从1 9 6 5 年开始生产p c b s ，到2 0 世纪8 0 年代停产，共生产上万吨。在 2 0 世纪5 0 一8 0 年代我国先后从比利时、法国等进口大量装有p c b s 的电力电容 器，目前这些设备大部分报废。我国一些地区环境受p c b s 污染较为严重，例如 我国某些沿海地区p c b s 的含量已接近或高于全球近岸表层沉积物中p c b s 含量范 围( 0 2m g g 一4 0 0 m g g ) 的最高值n 引，沉积物中p c b s 含量在5 0 m g 5 0 0 m g 范围 之内，已属于中等至严重程度的p c b s 污染n 刮。 1 3 2 国外p c b s 污染调查现状 经过专家估算，预计约占生产总量一半以上的p c b s 已进入环境。在 1 9 5 7 1 9 7 4 年间，美国向全国出售p c b s 在4 0 万吨以上。从1 9 3 0 年到1 9 7 0 年间， 在北美共出售p c b s 共4 5 万吨。在此期间，估计进入环境的p c b s 约有3 5 4 万吨。 目前，在工业发达的国家和地区，已发现有较高浓度的p c b s 。在不发达国家和 地区、遥远的海洋、大气、水、土壤中也发现了p c b s n 5 1 。 1 3 3 国内研究现状 东仁人学倾j 研究生毕业论文 由于技术条件、资金投入及其它一些客观因素的制约，对p c b s 的研究，国 内外存在一定的差距。国内研究主要集中在污染现状、水体或沉积物中p c b s 的 检测与来源分析等污染治理途径的基础研究和应用研究上，p c b s 与某些环境介 质的作用机理也有报道。总的来说，对p c b s 在水、土、沉积物的环境化学行为 研究较多，污染源地区大气中p c b s 的环境行为研究较少。在处理、处置方法上 主要采用封存填埋、高温焚烧、化学方法、微生物方法。其中，微生物降解方法 和光催化氧化方法是研究热点n 。 1 3 4 国外研究现状n 刀 国外研究主要是对p c b s 的判别与筛选、污染状况环境调查、p c b s 的环境行为 ( 基本常数测定、p c b s 与环境介质之| 、日j 的作用机理) 、生物毒性、环境风险评价等。 国外涉及p c b s 在大气中分配特性、环境行为方面的研究则刚刚起步。尽管国外 对大气方面的研究比国内要多，但是研究水平现在相差不是太大。处理、处置方 法上，国外对化学处理比较热衷，尤其是加入催化剂来彻底降解p c b s 的化学方 法已经比较完善。热处理技术、高温焚烧处置技术发展也很快，光降解方法已经 丌始机理方面的研究。填埋封存是最初研究的方法，因为该方法使用时问较早， 这些被封存的p c b s 大部分已经到期，现在的研究主要集中在填埋场渗漏液的处 置匕。 1 4 多氯联苯的处理方法 长期以来，全球所生产、使用和积累的大量p c b s 己成为环境污染的重大隐 患，特别是大量含p c b s 的废变压器油等油品对人类安全造成严重威胁，亟待处 理。目前处理多氯联苯的方法主要用封存、高温处理、化学处理等方法m 。 1 4 1 封存、填埋法 封存法包括集中山洞封存、地下封存和厂区暂存。该法使封存点的环境风险 逐年增加。填埋法有安全填埋、“受控”填埋、现场填埋和隔离法。填埋法只适 用处置含有少量p c b s 的废物或不会泄露的固体废物，同样存在环境风险。 6 l 绪论 1 4 2 高温焚烧法 焚烧法适于处置含高浓度p c b s 的设备，主要用于处理油、固体和土壤。焚烧 可使p c b s 几乎彻底焚毁，但焚烧需要专用焚烧炉，设备昂贵；供料系统、排气系 统、自动监测系统技术复杂，要求条件比较苛刻；焚烧不当会产生二嗯英，焚烧 中产生的飞灰、残渣必须进行安全填埋。 1 4 3 物理、化学法处理与处置 1 物理方法 物理方法主要是吸附和萃取，吸附材料主要是活性炭和活性碳纤维( a c f ) ， 能通过多种吸附方式去除水中有机物污染物。吸附和萃取法仅适于浓度低、量少 的废水。 2 化学方法 ( 1 ) 蒸馏一过氧化法 蒸馏一过氧化的方法，主要是通过芬托试剂和过氧化氢进行氧化3 化学反应来 进行的。 ( 2 ) 氢化法 在p d c ( 钯碳) 催化剂中加入三乙胺，催化活性会大大加强，p c b s 脱氯在常 温常压下可发生，在1 5 m i n 内完全脱氯，无有毒副产物。 ( 3 ) 高能磨铣法 这是处理污染固体的一种较新的方法，把受污染固体放入高能研磨器内，通 过挤压作用，将p c b s 提取出后用n a b h 来处理。最终产物是联苯和n a c l 。此法在机 械过程中反应，简单易操作，无有毒副产物，成本低。 ( 4 ) 金属( 或其化合物) 还原法 聚乙二醇钠法：此法适用于降解变压器油中的p c b s 。在惰性环境、一定温 度下，把p c b s 与聚乙二醇和钠的反应产物混合去除。该法设备简单，处理后的变 压器油易于回收，但试剂中使用了钠，有一定危险，惰性环境使操作复杂化。 氢氧化钠一异丙醇法：将p c b s 溶于含有氢氧化钠的异丙醇罩，然后用波长为 2 5 4 n m 的水银灯在低温、常压下照射约3 0 m i n ，p c b s 的浓度可降低约两个数量级。 此法不使用高温、高压，操作简便，耗时短，效率高，异丙醇可重复使用。 7 奎! 兰叁堂塑! 型! 壅当堂! ! 笙皇 加碱超临界水法：把水、多氯联苯和氢氧化钠加入反应器中，在4 5 0 、3 0 0 个大气压下反应2 0 m i n ，可使9 9 9 9 的多氯联苯分解。此法效率高，但需高温、 高压。 ( 5 ) 硫化还原法： 此法使p c b s 与硫共热转化为联苯及硫化物，可将1 0 0 1 0 。6 2 0 0 l o 叫p c b s 降至2 l o 6 以下，降解率大于9 9 。该法脱氯效果好，产物易分离，废渣易处理， 条件温和，但反应试剂不稳定，效率低，不易工业化。 1 4 4 光、电、热降解及其它方法 1 光降解法 国外光降解法起步早，目前已开始机理研究，并应用到治理被p c b s 污染的土 壤方面。 2 亲核取代一热分解法 此法采用亲核试剂直接进攻卤化芳烃，然后在强碱作用下使其转为苯炔。使 用氧化钙和适当的催化剂，p c b s 转化为炭、c l ：、水和烃。此法反应条件较温和， 设备简单，p c b s 的降解率近l o o 。 3 超声波降解法 超声波可在3 0 m i n 内降解水体中9 5 的低浓度p c b s ，声强和声密度与反应常 数成线性比例，而初始浓度与反应常数成反比。作为水处理技术，用它来处理浓 p c b s 前景广阔。 4 太阳能降解法 最近美、同等国正探索用太阳光作为能源的降解方法，或是用太阳光引发反 应，或是利用太阳光的高温使含氯废物分解。 1 5 多氯联苯的生物处理方法 1 5 1 多氯联苯的厌氧生物处理 多氯联苯的的厌氧转化包括还原剂的脱氯作用，在这个过程中多氯联苯混合 物作为电子受体，其中氯原子被氢原子所取代他3 1 。 l 绪论 r c 1 + 2 e 一十h + 一r h + c l( 1 1 ) 在厌氧环境中电子受体是影响新陈代谢作用的一个主要凶素。所以，在一个 适当的范围内，任何的微生物都可以利用p c b s 作为最终的电子受体心制。 厌氧还原主要途径是通过对混合物进行脱氯反应来减少氯原子取代基的数 量，改变氯原子取代基的位点，从而降低混合物的毒性，使混合物更易被好氧微 尘物降解。通常，还原脱氯更易于从问位和对位移走氯原子并代之以氢原子心5 别， 使其降低了致癌性和毒性，更为重要的是产生的低氯代p c b s 更易被好氧微生物彻 底降解。 厌氧微生物降解p c b s 的实验证明随着氯原子取代基的增多，微生物的脱氯反 应越容易发生他引。氯原子的脱氯反应也是多种微生物的联合作用，它们根据p c b s 中氯原子取代基部位的不同发生不同的亲核攻击反应。 厌氧条件下，p c b s 的还原脱氯反应是在土壤或者沉积物中发生作用的。不同 的微生物具有不同的脱氯酶，通过不同的脱氯行为和不同的脱氯途径来发生作用 的。脱氯反应效率和降解途径因微生物群落的构成而不同，微生物群落的构成又 受到环境因素的影响瞳引。例如：碳源的供应、氢或者其它的电子供体的存在、电 子受体的存在或缺失、温度或者p h 。 1 5 2p c b s 的好氧生物处理 好氧作用是两种不同酶的作用结果：一种是将p c b s 转移成氯苯酸。二是氯苯 酸的降解。联苯或者一氯联苯可以作为p c b s 降解菌的生长培养基。当用联苯作为 培养基时，联苯环的间位发生断裂，发生开环反应。大多数细菌都发生这样的反 应，尤其是传p ，如册，7 a 弱；列2 刚和删c _ 加c d c d u 弱；列心町微生物。 联苯可以作为微生物生长的培养基，多于一个氯原子的p c b s 的降解是要通过 微生物的协同代谢来发生作用的。则。此时，联苯除了具有提供碳源和能源氧化 p c b s 的作用同时也作为降解酶的电子供体。 通过对p c b s 的新陈代i 身 作用，不同的生物菌群都产生苯甲酸盐，但是不同的 生物菌群对于苯甲酸盐的生物降解途径是不同的。无论如何，p c b s 降解副产物 的毒性对人和环境来说都要小的多。 p c b s 的完伞降解需要不同系列微生物的协同作用，这些微生物可以降解刁i 同 9 东1 仁人学坝 j 研究乍毕业论文 的p c b s 物质。另外，氯原子的位置和数目也可以影响第一步氧化反应的效率。u n t e r m a n 等”假设出p c b s 的氧化机制，对于彳p “f ，d 肋u 蛐和国f 朋p 铂c r 盯j 伽菌属 中的彳j c a ，镏踟p se “f ，劝u 刚尸p ，f j 如菌属的微生物是对多氯联苯2 ，3 一位的亲 核攻击，而对于咖p 妇c 芒甜，啪降解混合物则是对多氯联苯3 ，4 一位的亲核攻击。 k o m a n c o u a 等。”1 研究了在s i r a n 固定床上，将倦p “幽踟恤s 硼菌细胞固定 化，进行个别物质( 2 ，4 ，4 一三氯联苯，2 ，2 ，5 一三氯联苯。2 ，2 ，5 ，5 一四氯联苯， 2 ，2 ，4 ，5 _ 四氯联苯和2 ，2 5 ，6 _ 四氯联苯) 生物降解的研究，在联苯作为培养 基的情况下都表现出一个共同的生物途径：都在氯原子较少的坏上对2 ，3 位进行 氧化，对于2 ，4 ，4 一三氯联苯的降解是一种首先对带较少氯原子环的2 ，3 位进行 氧化亲核攻击，生成代谢物为3 一氯一2 一羟基一6 一氧一6 一苯一2 ，4 一二烯酸，最终生成 2 ，4 一二氯一苯甲酸。 2 ，2 ，4 ，5 - 四氯联苯降解是在其2 ，3 位上发生氧化亲核攻击形成2 ，4 一二氯联 苯，而不是3 ，4 一位的亲核攻击。现在已经确定的降解产物是2 ，5 一二氯苯酸和 4 一( 2 ，5 一二氯联苯) 一4 一氧丁酸。 氯原子数目过多会抑制酶切位点的反应。另外如果氯原子占据了碳原子的取 代位会影响氧化酶的氧化攻击从而抑制氧化作用的发生口3 f 。邻位也会对微生物的 降解产生抑制作用。 1 5 3 厌氧和好氧氧化协同作用 对于p c b s 的好氧生物处理已经有了很好的研究。但迄今为止发现只有带4 个 或少于4 个氯原子取代基的p c b s 才能被降解。高氯原子的p c b s ，如带5 个或5 个以 上氯原子的p c b s 对好氧生物有较强的抵制作用。 分别用好氧或者厌氧生物处理的试验结论表明，要对p c b s 进行有效的矿化处 理必须将微生物在一系列有特殊机制的好氧和厌氧微生物的培养基中培养。这已 经被六氯联苯、四氯联苯和氯仿的实验所证明他6 1 。 r o g e r s 和j u l i a 心7 1 报道了土壤微生物中厌氧一好氧的连续脱氯反应，从土壤 中培养的微生物，从其处理多氯联苯的结果来看土壤中的土著微生物可以将六氯 联苯降解成五氯联苯或者是四氯联苯。 1 0 l 绪论 1 6 酶催化氧化多氯联苯的研究 对于氯取代基在3 个以下的氯苯，好氧条件下的降解基本上是先开环再脱氯。 即在双加氧酶和去氢酶的作用下，将氯苯转化为相应的氯代邻二酚，再由可使苯 环发生邻位裂解的酶催化氯代邻二酚邻位开环，生成相应的氯代粘康酸，此产物 在内酯化过程中脱除氯原子并被氧化成氯代马来酰基乙酸，最终进入三羧酸循 环。 在双加氧酶作用下多氯联苯发生双羟基化反应，生成3 一氯邻二酚。此中阳j 体 邻位裂解后形成2 一氯一2 ，4 一二烯一己二酸( 即2 一氯一粘康酸) 。脱氯过程发生在粘康 酸内酯化形成4 一羧甲烯基一2 一丁烯一4 一内脂的过程中。产物含有不饱和双键，可以 被逐步还原，生成只含一个不饱和键的顺丁烯二酰基乙酸( 即马来酰基乙酸) 和碳 链完全饱和的3 一羰基一己二酸，最终进入三羧酸循环。二氯苯和三氯苯的降解， 基本上与一氯苯类似，第一步也是双氧化作用生成二酚，氧化位点是连续两个没 有氯取代基的碳原子，再经过开环被降解。但如果氯取代基达到4 个或更多，则 将进行先脱氯后开环再脱氯的催化反应，即在瞥加氰酶作用下，由羟基取代氯原 子，再经过单加氧酶的进一步作用，形成开环裂解的中间体氯代邻二酚，才能进 一步降解。 微生物降解多氯联苯主要是通过酶的催化氧化而起作用的。其中双加氧酶在 多氯联苯的降解过程中起了重要的作用。，它们能将空气中的氧分子活化，并使芳 香烃类化合物在邻位碳上双氧化。这类酶在它们的活性部位包含了一种非亚铁血 红素原子。这种酶能催化氧原子在作为底物的联苯苯环上发生反应生成儿茶酚， 最终导致苯环发生开环反应。自从双加氧酶被发现后，各种研究都试图说明其催 化机理。借助于电镜分析，提供了双加氧酶的一些结构特征。其中在其活性部位 发现了含有铁离子。但是由于缺少双加氧酶的三维立体机构，所以还没有了解其 具体结构。 1 7 本课题内容构成 1 7 1 本课题意义 奎兰叁兰竺! ：堕窒竺望些堡茎 由于p c b s 的污染具有持久性和长期残留性、生物蓄积性、半挥发性与远距离 迁移等特点，使得其污染的治理尤为重要。但是由于p c b s 同时具有化学稳定性， 这就使其他的化学处理和物理处理方法或多或少存在一些问题( 处理不彻底或处 理成本太高或产生二次污染) 。而生物降解处理作为一种最清洁、最经济的处理 方式现在也越来越被人们所重视。