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有机肥发酵技术

微生物土壤修复剂修复有机污染土壤的原理

更新时间:2018-08-08 13:57:04点击次数:343次
土壤中大部分有机污染物可以被微生物土壤改良剂产品降解、转化,并降低其毒性或使其完全无害化。微生物土壤改良剂降解有机污染物主要依靠两种作用方式:①通过微生物分泌的胞外酶降解;②污染物被微生物吸收至其细胞内后,由胞内酶降解。微生物从胞外环境中吸收摄取物质的方式主要有主动运输、被动扩散、促进扩散、基团转位及胞饮作用等。

1  有机污染物进入微生物细胞的过程

土壤中大部分有机污染物可以被微生物土壤改良剂产品降解、转化,并降低其毒性或使其完全无害化。微生物土壤改良剂降解有机污染物主要依靠两种作用方式:①通过微生物分泌的胞外酶降解;②污染物被微生物吸收至其细胞内后,由胞内酶降解。微生物从胞外环境中吸收摄取物质的方式主要有主动运输、被动扩散、促进扩散、基团转位及胞饮作用等。

2.微生物土壤改良剂降解有机污染物的主要反应类型

微生物土壤改良剂降解和转化土壤中有机污染物,通常依靠以下基本反应模式来实现的。

(1)氧化作用:①醇的氧化,如醋化醋杆菌将乙醇氧化为乙酸,氧化节杆菌可将丙二醇氧化为乳酸;②醛的氧化,如铜绿假单胞菌将乙醛氧化为乙酸;③甲基的氧化,如铜绿假单胞菌将甲苯氧化为安息香酸,表面活性剂的甲基氧化主要是亲油基末端的甲基氧化为羧基的过程;④氧化去烷基化:如有机磷杀虫剂可进行此反应;⑤硫醚氧化:如三硫磷、扑草净等的氧化降解:⑥过氧化:艾氏剂和七氯可被微生物过氧化降解;⑦苯环羟基化:苯甲酸等化合物可通过微生物的氧化作用使苯环羟基化;⑧芳环裂解:苯酚系列的化合物可在微生物作用下使环裂解;⑨杂环裂解:五元环(杂环农药)和六元环(吡啶类)化合物的裂解;⑩环氧化:环氧化作用是生物降解的主要机制,如环戊二烯类杀虫剂的脱卤、水解、还原及羟基化作用等。

(2)还原作用:①乙烯基的还原,如大肠杆菌可将延胡索酸还原为琥珀酸;②醇的还原,如丙酸梭菌可将乳酸还原为丙酸;③芳环羟基化,甲苯酸盐在厌氧条件下可以羟基化;也有醌类还原、双键、三键还原作用等。

(3)基团转移作用:①脱羧作用,如戊糖丙酸杆菌可使琥珀酸等羧酸脱羧为丙酸;②脱卤作用,是氯代芳烃、农药、五氯酚等的生物降解途径:③脱烃作用,常见于某些有烃基连接在氮、氧或硫原子上的农药降解反应:还存在氢卤以及脱水反应等。

(4)水解作用:主要包括有酯类、胺类、磷酸酯以及卤代烃等的水解类型。

(5)其他反应类型:包括酯化、缩合、氨化、乙酰化、双键断裂及卤原子移动等。

3.典型有机污染物的微生物转化与降解机理

3.1  氯代芳香族污染物的微生物转化与降解机理

研究表明,土壤中存在大量可降解氯代芳香族污染物的微生物类群,它们对氯代芳香族污染物的降解主要依靠两种途径:即好氧降解和厌氧降解。脱氯是氯代芳香族有机物生物降解的关键,好氧微生物可通过双加氧酶/单加氧酶作用使苯环羟基化,形成氯代儿茶酚,进行邻位、间位开环,脱氯:也可在水解酶作用下先脱氯后开环,最终矿化。

3.2  多环芳烃的微生物转化与降解机理

微生物对PAHs的降解通常有两种方式:一种是微生物在生长过程中以PAHs作为唯一的碳源和能源生活而降解PAHs。一般情况下,微生物对PAHs的降解都是需要氧气的参与,产生加氧酶,然后再在加氧酶的作用下使苯环分解。其中真菌主要产生单加氧酶,首先进行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。而细菌一般产生双加氧酶,把两个氧原子加到苯环上形成双氧乙烷,进而形成双氧乙醇,接着脱氢产生酚类。不同的途径会产生不同的中间产物,其中邻苯二酚是最普遍的。这些中间代谢产物经过相似的途径降解:苯环断裂,丁二酸,反丁烯二酸,丙酮酸,乙酸或乙醛。这些物质都能被微生物所利用,同时产生H20和C02。

另外一种是微生物可通过共代谢途径即PAHs与其他有机物共氧化)降解大分子量的PAHs。在共代谢降解过程中,微生物分泌胞外酶降解共代谢底物维持自身生长的物质,同时也降解了某些非微生物生长必需的物质。多环芳烃环的断开主要靠加氧酶的作用,加氧酶能把氧原子加到C-C键上形成C-O键,再经过加氢、脱水等作用而使C-C键断裂,从而达到开环的目的。比较了邻苯二甲酸、琥珀酸钠作为共代谢底物时的降解效率,其结果表明琥珀酸钠加强了代谢作用,促进了降解。事实上,共代谢已成为大分子量PAHs微生物降解的唯一代谢方式,在PAHs污染土壤修复中具有很大的应用潜力。



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微生物土壤修复剂修复有机污染土壤的原理

更新时间:2018-08-08 13:57:04点击次数:615次
土壤中大部分有机污染物可以被微生物土壤改良剂产品降解、转化,并降低其毒性或使其完全无害化。微生物土壤改良剂降解有机污染物主要依靠两种作用方式:①通过微生物分泌的胞外酶降解;②污染物被微生物吸收至其细胞内后,由胞内酶降解。微生物从胞外环境中吸收摄取物质的方式主要有主动运输、被动扩散、促进扩散、基团转位及胞饮作用等。

1  有机污染物进入微生物细胞的过程

土壤中大部分有机污染物可以被微生物土壤改良剂产品降解、转化,并降低其毒性或使其完全无害化。微生物土壤改良剂降解有机污染物主要依靠两种作用方式:①通过微生物分泌的胞外酶降解;②污染物被微生物吸收至其细胞内后,由胞内酶降解。微生物从胞外环境中吸收摄取物质的方式主要有主动运输、被动扩散、促进扩散、基团转位及胞饮作用等。

2.微生物土壤改良剂降解有机污染物的主要反应类型

微生物土壤改良剂降解和转化土壤中有机污染物,通常依靠以下基本反应模式来实现的。

(1)氧化作用:①醇的氧化,如醋化醋杆菌将乙醇氧化为乙酸,氧化节杆菌可将丙二醇氧化为乳酸;②醛的氧化,如铜绿假单胞菌将乙醛氧化为乙酸;③甲基的氧化,如铜绿假单胞菌将甲苯氧化为安息香酸,表面活性剂的甲基氧化主要是亲油基末端的甲基氧化为羧基的过程;④氧化去烷基化:如有机磷杀虫剂可进行此反应;⑤硫醚氧化:如三硫磷、扑草净等的氧化降解:⑥过氧化:艾氏剂和七氯可被微生物过氧化降解;⑦苯环羟基化:苯甲酸等化合物可通过微生物的氧化作用使苯环羟基化;⑧芳环裂解:苯酚系列的化合物可在微生物作用下使环裂解;⑨杂环裂解:五元环(杂环农药)和六元环(吡啶类)化合物的裂解;⑩环氧化:环氧化作用是生物降解的主要机制,如环戊二烯类杀虫剂的脱卤、水解、还原及羟基化作用等。

(2)还原作用:①乙烯基的还原,如大肠杆菌可将延胡索酸还原为琥珀酸;②醇的还原,如丙酸梭菌可将乳酸还原为丙酸;③芳环羟基化,甲苯酸盐在厌氧条件下可以羟基化;也有醌类还原、双键、三键还原作用等。

(3)基团转移作用:①脱羧作用,如戊糖丙酸杆菌可使琥珀酸等羧酸脱羧为丙酸;②脱卤作用,是氯代芳烃、农药、五氯酚等的生物降解途径:③脱烃作用,常见于某些有烃基连接在氮、氧或硫原子上的农药降解反应:还存在氢卤以及脱水反应等。

(4)水解作用:主要包括有酯类、胺类、磷酸酯以及卤代烃等的水解类型。

(5)其他反应类型:包括酯化、缩合、氨化、乙酰化、双键断裂及卤原子移动等。

3.典型有机污染物的微生物转化与降解机理

3.1  氯代芳香族污染物的微生物转化与降解机理

研究表明,土壤中存在大量可降解氯代芳香族污染物的微生物类群,它们对氯代芳香族污染物的降解主要依靠两种途径:即好氧降解和厌氧降解。脱氯是氯代芳香族有机物生物降解的关键,好氧微生物可通过双加氧酶/单加氧酶作用使苯环羟基化,形成氯代儿茶酚,进行邻位、间位开环,脱氯:也可在水解酶作用下先脱氯后开环,最终矿化。

3.2  多环芳烃的微生物转化与降解机理

微生物对PAHs的降解通常有两种方式:一种是微生物在生长过程中以PAHs作为唯一的碳源和能源生活而降解PAHs。一般情况下,微生物对PAHs的降解都是需要氧气的参与,产生加氧酶,然后再在加氧酶的作用下使苯环分解。其中真菌主要产生单加氧酶,首先进行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。而细菌一般产生双加氧酶,把两个氧原子加到苯环上形成双氧乙烷,进而形成双氧乙醇,接着脱氢产生酚类。不同的途径会产生不同的中间产物,其中邻苯二酚是最普遍的。这些中间代谢产物经过相似的途径降解:苯环断裂,丁二酸,反丁烯二酸,丙酮酸,乙酸或乙醛。这些物质都能被微生物所利用,同时产生H20和C02。

另外一种是微生物可通过共代谢途径即PAHs与其他有机物共氧化)降解大分子量的PAHs。在共代谢降解过程中,微生物分泌胞外酶降解共代谢底物维持自身生长的物质,同时也降解了某些非微生物生长必需的物质。多环芳烃环的断开主要靠加氧酶的作用,加氧酶能把氧原子加到C-C键上形成C-O键,再经过加氢、脱水等作用而使C-C键断裂,从而达到开环的目的。比较了邻苯二甲酸、琥珀酸钠作为共代谢底物时的降解效率,其结果表明琥珀酸钠加强了代谢作用,促进了降解。事实上,共代谢已成为大分子量PAHs微生物降解的唯一代谢方式,在PAHs污染土壤修复中具有很大的应用潜力。



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