多环芳烃(PAHs)在环境中的分布和修复措施医学PPT课件.ppt

多环芳烃（多环芳烃（PAHs）在环境中的）在环境中的分布和修复措施分布和修复措施2024/5/26 周日2Contents 三三.多环芳烃的结构多环芳烃的结构 一一.多环芳烃的污染现状多环芳烃的污染现状14 二二.多环芳烃的来源和分布多环芳烃的来源和分布2 3 四四.生物体中的分布和毒性生物体中的分布和毒性 5 五五.利用微生物和植物进行修复利用微生物和植物进行修复2024/5/26 周日3一一.多环芳烃的污染现状多环芳烃的污染现状（1）我国土壤已普遍受）我国土壤已普遍受PAHs污染污染 大部分地区大部分地区PAHs土壤污染水平主要集中在中低污染水平，污染生态风险较小土壤污染水平主要集中在中低污染水平，污染生态风险较小PAHs在我国土壤中呈不断积累的趋势在我国土壤中呈不断积累的趋势（2）北北京京、大大连连、天天津津、上上海海、厦厦门门等等地地土土壤壤中中PAHs的的污污染染最最严严重重，污污染染水水平平属属于于严严重重污污染染，存存在在不不可可忽忽视视的的生生态态风风险险，要要恢恢复复其其土土壤壤多多种种用用途途具具有有很很大大困难困难2024/5/26 周日4（3）在在同同一一区区域域内内，城城区区、郊郊区区和和农农村村的的土土壤壤中中的的PAHs污污染染水水平平具具有有依依次次降降低低的的趋趋势势，不不同同功功能能区区之之间间土土壤壤中中PAHs的的污污染染存存在在明明显显的的差差异异，充充分分说说明了人类活动对区域内明了人类活动对区域内PAHs的污染所带来的影响的污染所带来的影响一一.多环芳烃的污染现状多环芳烃的污染现状表2我国大连和厦门地区不同功能区土壤中的PAHs浓度Table 2 Concentrations of PAHs in various sampling areas in Dalian and Xiamen,China2024/5/26 周日5一一.多环芳烃的污染现状多环芳烃的污染现状表1我国部分地区土壤中PAHs的浓度Table 1 Comparisons of PAHs concentrations in surface soils from various soils in China（4）由由于于我我国国南南北北方方在在气气候候、能能源源结结构构等等方方面面的的差差异异，使使得得我我国国南南北北方方土土壤中壤中PAHs的污染水平、分布特征和毒性特点有所不同的污染水平、分布特征和毒性特点有所不同2024/5/26 周日6 二二.多环芳烃的来源和分布多环芳烃的来源和分布火山爆发火山爆发森林草原的森林草原的天然燃烧天然燃烧生物合成生物合成（主要形式）（主要形式）天然源天然源2024/5/26 周日7二二.多环芳烃的来源和分布多环芳烃的来源和分布人为源人为源l石油化工厂、焦化厂、炼油厂等石油化工厂、焦化厂、炼油厂等工业污染源工业污染源,向大气和向大气和水体排放相当数量的水体排放相当数量的PAHsl柴油机、汽油发动机工作时柴油机、汽油发动机工作时,由于由于燃料不完全燃烧燃料不完全燃烧产生产生一定量的一定量的PAHsl修建公路使沥青加热时排放的修建公路使沥青加热时排放的沥青烟气沥青烟气,含有大量的含有大量的PAHsl露天露天焚烧焚烧废旧轮胎、塑料及城市垃圾时排放的废旧轮胎、塑料及城市垃圾时排放的PAHsl锅炉燃烧、家庭小炉灶燃烧时排放的锅炉燃烧、家庭小炉灶燃烧时排放的PAHs、香烟烟雾、香烟烟雾中含有多种致癌性中含有多种致癌性PAHs,用木炭烧烤肉制品时用木炭烧烤肉制品时,排放的烟排放的烟气和食品中都产生大量的气和食品中都产生大量的PAHsl家庭装修中家庭装修中,粘合木质材料的粘合木质材料的胶中胶中含有含有PAHs2024/5/26 周日8分布：已知的多环芳烃约有分布：已知的多环芳烃约有200多种多种,它们能以气态或它们能以气态或者颗粒态存在于大气、水、植物、土壤中。者颗粒态存在于大气、水、植物、土壤中。二二.多环芳烃的来源和分布多环芳烃的来源和分布大气大气气、固两种气、固两种形式形式水水l 吸附在悬吸附在悬浮性固体浮性固体l溶解于水溶解于水l乳化状态乳化状态土壤土壤l沉降沉降l降降水水冲冲洗洗 作用作用2024/5/26 周日9通过食物链在动物体内累积,严重危害人类健康二二.多环芳烃的来源和分布多环芳烃的来源和分布2024/5/26 周日10 三三.多环芳烃的结构多环芳烃的结构2024/5/26 周日11 三三.多环芳烃的结构多环芳烃的结构2024/5/26 周日12 三三.多环芳烃的结构多环芳烃的结构苯并苯并(a)蒽蒽苯并苯并(a)芘芘BaP2024/5/26 周日13 三三.多环芳烃的结构多环芳烃的结构戴乾圜对戴乾圜对PAHs的致癌机理进行了较系统的分子轨道计的致癌机理进行了较系统的分子轨道计算算,提出了以离域能为参数的双区理论提出了以离域能为参数的双区理论M区为代谢活性区域区为代谢活性区域E区为亲电活性区区为亲电活性区L区为脱毒区区为脱毒区K区为双重性能区区为双重性能区2024/5/26 周日14 四四.生物体中的分布和毒性生物体中的分布和毒性4.1在植物体内的分布在植物体内的分布4.1.1 表面附着表面附着l附着量与植物的表面积大小、表面性质附着量与植物的表面积大小、表面性质l污染物的性质、状态污染物的性质、状态2024/5/26 周日15 四四.生物体中的分布和毒性生物体中的分布和毒性4.1.2植物通过叶面、根系吸收植物通过叶面、根系吸收气态气态PAHs叶面气孔叶面气孔叶肉叶肉维管束维管束整个植物体整个植物体根根维管束维管束土壤中土壤中PAHs2024/5/26 周日16 四四.生物体中的分布和毒性生物体中的分布和毒性4.1.3 在植物各器官组织的分布在植物各器官组织的分布萘在七种植物体内各器官的分配规律相似，均为萘在七种植物体内各器官的分配规律相似，均为根中最根中最多，叶中其次，茎中最少多，叶中其次，茎中最少。可以明显的看出萘由根吸附。可以明显的看出萘由根吸附以后通过茎传到到叶中以后通过茎传到到叶中2024/5/26 周日17 四四.生物体中的分布和毒性生物体中的分布和毒性4.1.4 低浓度促进植物的生长，高浓度抑制植物生长低浓度促进植物的生长，高浓度抑制植物生长l低浓度促进植物叶绿素的合成，高浓度抑制叶绿素低浓度促进植物叶绿素的合成，高浓度抑制叶绿素的合成的合成l在在适适度度的的萘萘胁胁迫迫下下，植植物物可可激激发发其其自自身身的的防防御御体体系系，诱诱导导POD活活性性增增大大，以以抵抵抗抗由由于于萘萘胁胁迫迫造造成成的的氧氧自自由由基的增加基的增加l高污染下自由基的产生超过了高污染下自由基的产生超过了POD的清除能力，使的清除能力，使酶活降低酶活降低2024/5/26 周日18 四四.生物体中的分布和毒性生物体中的分布和毒性 4.2.1在人体内的分布在人体内的分布气态气态PAH呼吸道呼吸道肺部肺部消化道消化道血液循环血液循环食物中食物中PAH人体各部位人体各部位肝、肺细胞微粒体肝、肺细胞微粒体混合功能氧化酶混合功能氧化酶少部分随粪便少部分随粪便羟基化合物或醌类（解毒）羟基化合物或醌类（解毒）2024/5/26 周日19 四四.生物体中的分布和毒性生物体中的分布和毒性食物摄入人体内的食物摄入人体内的PAH大部分可被人体大部分可被人体吸收，经过消化道吸吸收，经过消化道吸收后收后,经过血液很快遍经过血液很快遍布人体，人体布人体，人体乳腺和乳腺和脂肪组织脂肪组织可蓄积可蓄积PAH2024/5/26 周日20 四四.生物体中的分布和毒性生物体中的分布和毒性4.2.2人体内的代谢人体内的代谢BaP7，8-环氧化物环氧化物7，8-二氢二羟基二氢二羟基-9，10-环氧化苯并环氧化苯并a芘芘2024/5/26 周日21 四四.生物体中的分布和毒性生物体中的分布和毒性4.2.3多环芳烃对人体的毒性多环芳烃对人体的毒性中枢神经中枢神经血液血液粘膜粘膜(带烷基侧链的带烷基侧链的PAHs,强烈的刺激性及麻醉性）强烈的刺激性及麻醉性）2024/5/26 周日22 四四.生物体中的分布和毒性生物体中的分布和毒性a.致癌性致癌性美国的卡诺等详细分析了一系列有关肺癌流行病学美国的卡诺等详细分析了一系列有关肺癌流行病学调查资料调查资料,表明表明BaP浓度每浓度每100m3增加增加0.1g时时,肺癌肺癌死亡率上升死亡率上升5%还可以诱导其他多种癌症。据流行病学研究发现长还可以诱导其他多种癌症。据流行病学研究发现长期接触期接触PAHs的工人容易患癌症的工人容易患癌症,特别是皮肤癌、白特别是皮肤癌、白血病、膀胱癌等血病、膀胱癌等2024/5/26 周日23 四四.生物体中的分布和毒性生物体中的分布和毒性与与DNA形成共价键结合，造成形成共价键结合，造成DNA损伤，如果损伤，如果DNA不能修复或修而不复，细胞就可能发生癌变不能修复或修而不复，细胞就可能发生癌变2024/5/26 周日24 四四.生物体中的分布和毒性生物体中的分布和毒性b.多环芳烃的光致毒效应多环芳烃的光致毒效应Bertilsson等观察到多环芳烃和紫外光作用下等观察到多环芳烃和紫外光作用下,会产会产生有毒的光降解产物。例如生有毒的光降解产物。例如:苯醌苯醌,会对微生物有毒害会对微生物有毒害作用作用Katz等观察到由等观察到由BaP产生的产生的BaP醌是一种直接致突变醌是一种直接致突变物物,它将引起人体基因的突变它将引起人体基因的突变,同时也会引起人类红细同时也会引起人类红细胞溶血及大肠杆菌的死亡胞溶血及大肠杆菌的死亡2024/5/26 周日25 四四.生物体中的分布和毒性生物体中的分布和毒性c.多环芳烃衍生物的毒性多环芳烃衍生物的毒性 可以和硝基、羟基、氨基等集团发生反应生成强致可以和硝基、羟基、氨基等集团发生反应生成强致癌性的多环芳烃衍生物。癌性的多环芳烃衍生物。如：如：PAHs的的OH-与与NO3-反应可产生具有强致癌活性的直反应可产生具有强致癌活性的直接致突变物接致突变物NO2-PAHs2024/5/26 周日26 四四.生物体中的分布和毒性生物体中的分布和毒性d.多环芳烃的其他危害多环芳烃的其他危害改变人类细胞中改变人类细胞中T和和B淋巴细胞的功能和损害单核细胞淋巴细胞的功能和损害单核细胞孕妇接触孕妇接触PAHs可能导致胎儿的免疫功能的损害和增加可能导致胎儿的免疫功能的损害和增加新生儿和幼儿患呼吸道疾病的几率新生儿和幼儿患呼吸道疾病的几率 细胞色素细胞色素P450对多环芳烃的代谢活动诱使动脉硬化对多环芳烃的代谢活动诱使动脉硬化 2024/5/26 周日27 五五.利用微生物和植物进行修复利用微生物和植物进行修复微生物降解多环芳烃一般有微生物降解多环芳烃一般有2种方式种方式:l一种是以多环芳烃为唯一碳源和能源一种是以多环芳烃为唯一碳源和能源;l另一种是将另一种是将PAHs与其他有机质进行共代谢。与其他有机质进行共代谢。5.1微生物降解多环芳烃方式微生物降解多环芳烃方式2024/5/26 周日28 五五.利用微生物和植物进行修复利用微生物和植物进行修复5.2影响降解因素：影响降解因素：l降解降解PAHs的难易程度取决于其化学结构的复杂性的难易程度取决于其化学结构的复杂性和降解酶的适应程度和降解酶的适应程度l影响微生物降解影响微生物降解PAHs的因素还有温度、盐度、的因素还有温度、盐度、pH值、通气状况、营养盐和值、通气状况、营养盐和PAHs浓度浓度2024/5/26 周日29 五五.利用微生物和植物进行修复利用微生物和植物进行修复a.筛选分离高效优势菌种筛选分离高效优势菌种l许多细菌、真菌具有降解多环芳烃的能力许多细菌、真菌具有降解多环芳烃的能力,在多环在多环芳烃高效降解菌中芳烃高效降解菌中,研究最充分的是白腐菌研究最充分的是白腐菌lGramss等研究了不同真菌对等研究了不同真菌对PAHs的氧化能力的氧化能力,发发现外生菌根真菌能够利用四环的荧蒽和芘现外生菌根真菌能够利用四环的荧蒽和芘5.3微生物修复方法微生物修复方法2024/5/26 周日30 五五.利用微生物和植物进行修复利用微生物和植物进行修复b.寻找对难降解物有促进作用的共代谢物质寻找对难降解物有促进作用的共代谢物质,利用共代利用共代谢技术谢技术c.组建遗传基因工程菌组建遗传基因工程菌(GEM)d.投加外源菌投加外源菌,创造既适合于微生物生长又有利于降解创造既适合于微生物生长又有利于降解有机物的生物代谢环境有机物的生物代谢环境2024/5/26 周日31 五五.利用微生物和植物进行修复利用微生物和植物进行修复5.4植物修复机制植物修复机制l植物挥发植物挥发l植物固定植物固定l植物转化植物转化/植物降解植物降解l植物提取植物提取(植物积累植物积累)l植物泵取植物泵取(phytopumping)l根际作用根际作用2024/5/26 周日32 五五.利用微生物和植物进行修复利用微生物和植物进行修复有些因素影响了化学物质在活植物体内的吸收和分布有些因素影响了化学物质在活植物体内的吸收和分布,这些因素包括这些因素包括:(1)化合物的物理和化学性质化合物的物理和化学性质(例如例如:水溶性、蒸气压、水溶性、蒸气压、分子量、辛醇分子量、辛醇-水分配系数水分配系数Kow);(2)环境因素环境因素(例如例如:湿度、湿度、pH、有机质、土壤含水量、有机质、土壤含水量);(3)植物特性植物特性(例如例如:根系类型、酶的类型根系类型、酶的类型)。2024/5/26 周日33 五五.利用微生物和植物进行修复利用微生物和植物进行修复根际作用根际作用l植物根部可能为微生物的生长提供了表面积植物根部可能为微生物的生长提供了表面积,也可能也可能改变土壤环境改变土壤环境(例如例如:氧化还原、湿度、通风等氧化还原、湿度、通风等)使之利使之利于降解。于降解。l植物也可能产生和释放有潜力改变植物也可能产生和释放有潜力改变PAHs生物利用性生物利用性的物质到根际或影响微生物的种类的物质到根际或影响微生物的种类l植物也能释放大量的酶进入土壤和水中植物也能释放大量的酶进入土壤和水中,这些酶能降这些酶能降解解PAHs2024/5/26 周日34 五五.利用微生物和植物进行修复利用微生物和植物进行修复5.5植物修复的局限性植物修复的局限性l修复地点条件的多变性修复地点条件的多变性(例如土壤类型和气候例如土壤类型和气候),可能不可能不适合目标植物适合目标植物l植物修复的周期相对较长植物修复的周期相对较长l植物只能完全矿化植物只能完全矿化PAHs的极少部分的极少部分,大部分存在于植大部分存在于植物或周围土壤中物或周围土壤中,在一定条件下可能重新回到环境在一定条件下可能重新回到环境2024/5/26 周日35 总结总结l多环芳烃多环芳烃(PAHs)是一类由两个或两个以上芳香环构成是一类由两个或两个以上芳香环构成的化合物，在自然环境中分布及其广泛。的化合物，在自然环境中分布及其广泛。l由于多数由于多数PAHs具有致癌性、致畸性，受到广泛的关注。具有致癌性、致畸性，受到广泛的关注。l微生物修复技术是去除多环芳烃污染环境的最佳方法，微生物修复技术是去除多环芳烃污染环境的最佳方法，它不仅经济、安全，而且所能处理的阈值低、残留少，它不仅经济、安全，而且所能处理的阈值低、残留少，其应用前景十分广阔。其应用前景十分广阔。l植物修复和微生物修复结合是土壤中植物修复和微生物修复结合是土壤中PAHs去除的有效去除的有效手段。手段。2024/5/26 周日36部分参考文献部分参考文献1.姜永海，韦尚正，席北斗.PAHs在我国土壤中的污染现状及其研究进展J.生态环境学报2009,18(3):1176-1181.2.陈来国,，冉勇.植物修复多环芳烃研究现状J.环境科学与技术2004,5(2):99-100.3.赵阳.七种植物对水体中萘的富集特性及修复效应比较D.东北师范大学,2009:1-97.4.李兆君，马国瑞.有机污染物土壤环境的植物修复机理J.土壤通报，2005，36(3)：436-438.5.凌婉婷，高彦征，熊巍，等.植物对土壤中PAHs的吸收预测J.生态学报2005，25(9)：2320-2324.6.赵云英，马永安.天然环境中多环芳烃的迁移转化及其对生态环境的影响J.海洋环境科学，1998，17(2)：68-72.7.郭楚玲,郑天凌,洪华生.多环芳烃的微生物降解与生物修复J.海洋环境科学,2000,19(3):21-23.8.沈菲,朱利中.钢铁工业区附近农田蔬菜PAHs的浓度水平及分布J.环境科学,2007,28(3):669-672.9.刘莉,陈玉成,于萍萍.多环芳烃微生物降解的研究进展J.环境科学,2006,34(23):6289-6291.10.BARTHJAC,STEIDLED,KUNTZD,etal.Deposition,persistence and turnover of pollutants:First results from the EU project Aquaerra for selected river basins and aquifersJ.Science 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