多环芳烃在水中的分布状态及研究进展

第３１卷第２期技术与创新管理２０１０年３月ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＡＮＤＩＮＮＯＶＡＴＩＯＮＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴＶ０１．３ｌＮｏ．２Ｍａｒ．２０１０

【技术与应用研究】

多环芳烃在水中的分布状态及研究进展

焦琳，端木合顺，程爱华

（西安科技大学地环学院，陕西西安７１００５４）

摘要：多环芳烃是一类具有“三致”效应（致癌、致畸、致突变）的持久性有机污染物。环境中的多环芳烃主要来源于碳氢化合物的不完全燃烧，并且广泛存在于各种余质中。水是生命之源，在人类的生产生活中有着不可替代的作用，然而世界大部分地区的表层水都不同程度地受到多环芳烃的污染。本文就多环芳烃的性质、来源、在水中的分布状态、危害、处理方法等进行了回顾和综述，并展望了我国多环芳烃研究的发展方向。

关键词：多环芳烃；分布；降解

中图分类号：Ｇ６４４文献标识码：Ａ文章编号：１６７２—７３１２（２０１０）０２—０２３１—０４

ＴｈｅＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆＰｏｌｙｃｙｃｌｉｃＡｒｏｍａｔｉｃＨｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ

ｉｎＷａｔｅｒａｎｄＴｈｅＰｒｏｇｒｅｓｓｏｆｉｔｓＲｅｓｅａｒｃｈ

ＪＩＡ０Ｌｉｎ，ＤＵＡＮＭＵＨｅ．ｓｈｕｎ，ＣＨＥＮＧＡｉ－ｈｕａ

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｏｌｙｃｙｃｌｉｃ

ａｒｏｍａｔｉｃｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ（ＰＡＨｓ）；ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ

ｌ引言

多环芳烃（ＰＡＨｓ，ＰｏｌｙｃｙｃｌｉｃＡｒｏｍａｔｉｃＨｙｄｒｏ－ｃａｒ－ｂｏｎｓ）是一类广泛存在于环境中的含有两个或两个以上苯环，以线状、角状或簇状排列的稠环型化合物，熔点和沸点较高，具有疏水性、蒸气压小，辛醇一水分配系数高，持久性强。目前已知的多环芳烃包括萘、蒽、菲和芘等约有２００多种，国际癌研究中心（ＩＡＲＣ）发现其中１５种ＰＡＨｓ对实验动物具有致癌性且多为四到六环的稠环化合物¨。，如苯并［ａ］芘、二苯并［ａ，ｊ］葸、苯并［ｂ］荧葸等。因此ＰＡＨｓ在环境中的分布及其对人体健康潜在的威胁已引起世界各国的高度重视。

ＰＡＨｓ的疏水亲脂特性使得它们在水体中的含量较低，大部分被水体中的悬浮颗粒物吸附，并迅速进入沉积环境。因此，水体沉积物被认为是ＰＡＨｓ的最终归宿之一。Ｍａｃａｙ等指出，多环芳烃水溶性较低，挥发性中等偏低，在环境中的半衰期变化很大，在水环境中的半衰期为１周到２个月；在水底沉积物中的半衰期为８个月到６年。由于人类对石化产品的不断开发利用，环境中多环芳烃污染物浓度在逐年增加，己经威胁到人类的身体健康，在自然界

幸收稿日期：２００９一０６一０５

基金项目：陕西省教育厅专项科研计划项目（０７ＪＫ３１２）；西安科技大学博士启动基金作者简介：焦琳（１９８５一），女，陕西韩城人，硕士，主要从事有机污染物研究．

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自净能力的基础上，人类应该通过各种渠道促进自然界快速转化降解积累在水中的ＰＡＨｓ。因此多环芳烃的治理研究已引起国内外有关专家的高度重视，是目前污染防治研究的热点与难点。

２多环芳烃的来源、分布、危害

２。１多环芳烃的来源

２．１．１天然源

自然环境中ＰＡＨｓ含量极微，陆地和水生植物、微生物的生物合成，森林、草原的天然火灾，以及火山活动，构成了ＰＡＨｓ的天然本底值旧Ｊ。天然的ＰＡＨｓ可以促进藻类和某些高等植物（如烟草、黑麦和胡萝ｂ）的生长。据此推断，天然ＰＡＨｓ可能扮演内源植物和激素的角色。

２．１．２人为源

人类活动是ＰＡＨｓ的主要来源。水体中ＰＡＨｓ主要源于煤焦油、沥青、页岩油、碳墨、废物及各种工业矿物油的渗漏。它们以城市污水、工业废弃物、大气降尘和地表径流的形式及途径进入水体之中。其中，由燃烧而来的ＰＡＨｓ主要通过大气和河流两种途径输入海洋；不完全燃烧排放物进人海岸上空，经雨水和颗粒物沉降转移到海洋中；其次，石油开采、工农业废水及生活污水向海洋排放、海上船舶泄漏等，均能使ＰＡＨｓ进入水环境中。ＰＡＨｓ在水中溶解度很小，因此会强烈地分配到非水相中，吸附于颗粒物上。每年因人类生产生活活动向地球上各种环境系统中释放的ＰＡＨｓ有成干上万吨，远远超过了环境的自净能力。

２．２ＰＡＨｓ在水体中的分布及污染状况

多环芳烃可以通过大气直接沉降，雨水冲刷以及生物合成等途径迸入水体生态系统。杨毅等人研究大气干湿沉降输入使水体表层ＰＡＨｓ量比水体下层中高得多，而接近水底ＰＡＨｓ的量比表层水中高得多，这主要是因为沉积物颗粒的再悬浮作用。在海岸带水环境中，河流的输入是十分重要的来源，因此，河口处ＰＡＨｓ含量要比开阔海中要高，且浓度随离河口距离的增加而减少。一般来说，靠近河口、工业发达地区，油田和排污口等其他污染源的海水中ＰＡＨｓ的浓度较高，可高达５０１山ｇ／Ｌ旧１。另外，有调查表明，由于大气输入，水表层微层中ＰＡＨｓ含量比水中高的多，而接近海底的水中ＰＡＨｓ含量则比表层水中含量高，原因在于底部沉积物颗粒的再悬浮作用所至。Ｂｏｍｅｆｆ等研究水底沉积物中生物合成也可以产生多环芳烃Ｍ】。麦碧娴等对珠江三角洲和珠江口沉积物中的ＰＡＨｓ进行了分布和特征研究，指出该流域已处于高风险生态区。曹学丽等调查表明，江河湖海，特别是各国近海及海湾区域沉积物富集了大量的多环芳烃。

由于其水溶性低，辛醇一水分配系数高，ＰＡＨｓ极易分配到沉积物中，沉积物成了ＰＡＨｓ的蓄积库，因此，尽管在水中ＰＡＨｓ浓度以ｎｇ和ｐｇ数量级来计，沉积物中的ＰＡＨ的浓度要高出水中浓度几个数量级。同时，水中以低分子量的ＰＡＨｓ占主导，而在沉积物中则以较高分子量的ＰＡＨｓ占主导，这是因为ＰＡＨｓ在水中的溶解度低，且溶解度随其分子量的增加而降低。

２．３ＰＡｌｌｓ的危害

ＰＡＨｓ在环境中的存在虽然是微量的，但其不断地生成、迁移、转化和降解，并通过呼吸道、皮肤、消化道进人人体，极大地威胁着人类的健康。２．３．１化学致癌作用

化学致癌是指化学物质引起正常细胞发生转化并发展成肿瘤的过程。化学致癌物可分为直接致癌物和间接致癌物，多环芳烃属于后者。多环芳烃是最早发现且为数最多的一类化学致癌物，目前已对２０００多种化合物做了实验，发现有致癌作用的达５００ｄ多种，其中２００多种为多环芳烃及其衍生物。强致癌性的ＰＡＨｓ有苯并苯并［ａ］芘、１，１２一二甲基苯蒽、二苯并（Ａ，Ｈ）蒽、３一甲基胆蒽、四甲基菲、ｌ，２，９，１０一四甲基蒽等。流行病学研究表明【５Ｊ，ＰＡＨｓ通过皮肤、呼吸道、消化道等均可被人体吸收，有诱发皮肤癌、肺癌、直肠癌、膀胱癌等作用，而长期呼吸含ＰＡＨｓ的空气，饮用或食用含有ＰＡＨｓ的水和食物，则会造成慢性中毒。

ＰＡＨｓ的致癌作用严重影响了人类的健康。近年来，各国的肺癌发病率和死亡率都显著上升，事实表明多环芳烃是导致肺癌发病率上升的重要原因。有调查表明ＢａＰ浓度每１００ｍ３增加０．１灿ｇ时，肺癌死亡率上升５％垆Ｊ。许多山区居民经常就地拢火取暖，室内烟雾迷漫，终日不散，也造成较高的鼻咽癌发生率。人们在油脂食物的煎炸等烹调过程中产生大量的ＰＡＨｓ，从而导致胃癌发病率提高。

２．３．２光致毒效应

研究表明，多环芳烃的真正危险在于它们暴露于太阳光中紫外光辐射时的光致毒效应。科学家将ＰＡＨｓ的光致毒效应定义为紫外光的照射对多环芳

第２期焦琳等：多环芳烃在水中的分布状态及研究进展?２３３?

烃毒性所具有的显著的影响。有实验表明，同时暴露于多环芳烃和紫外照射下会加速具有损伤细胞组成能力的自由基形成，破坏细胞膜损伤ＤＮＡ，从而引起人体细胞遗传信息发生突变。在好氧条件下，ＰＡＨｓ的光致毒作用将使ＰＡＨｓ光化学氧化形成内过氧化物，进行一系列反应后，形成醌。对原生动物、水蚤、昆虫、水生无脊椎、水生脊椎动物、植物和哺乳动物等都有较强的光致毒作用ｐ－。

３ＰＡＨｓ的降解

３．１生物降解

３．１．１微生物降解

微生物降解多环芳烃一般有两种方式：一种是以多环芳烃为唯一碳源和能源；另一种是将多环芳烃与其他有机质进行共代谢。

１）筛选分离高效优势菌种进行降解。微生物降解是自然环境中去除ＰＡＨｓ的主要途径，Ｗａｎｇ等的研究表明，在被ＰＡＨｓ污染的沉积物中，微生物降解ＰＡＨｓ的能力远高于未受污染的沉积物¨Ｊ。许多细菌、真菌具有降解多环芳烃的能力，在多环芳烃高效降解菌中，研究最充分的是自腐菌，Ｆｉｅｌｄ曾经报道了１２种具有降解蒽、苯并芘的白腐菌，但不同种的菌对各多环芳烃及其转化产物的降解能力不同，有些仅仅只能将多环芳烃转化为中间产物，而有些则能将多环芳烃矿化。Ｇｒａｍｓｓ等研究了不同真菌对ＰＡＨｓ的氧化能力，发现外生菌根真菌能够利用四环的荧蒽和芘。

２）利用共代谢技术进行降解。Ｊｅｎｓｅｎ提出共代谢的概念，在有其他碳源和能源存在的条件下，微生物酶活性增强，提高降解非生长基质的效率，称为共代谢作用一Ｊ。Ｐｕｈａｋｋａ等利用共代谢原理，在厌氧反应器中添加初级基质来处理含氯酚的废水。巩宗强等报道，向土壤中加入多环芳烃的代谢中间产物水杨酸等有机物，能提高微生物酶的活性，促进芘共代谢降解过程的进行，此外，营养物质的加入对提高共代谢率也是很重要的¨０｜。共代谢作为一种代谢机制，不仅有助于我们更加准确地认识环境中存在共代谢情况下物质的生物降解，而且为我们寻求难降解有机污染物的生物降解技术提供了新的思路。３．１．２植物对水体中ＰＡＨｓ污染物的修复作用已有的实验室和温室研究表明，具有发达根系（根须）的植物能够促进根际菌群对ＰＡＨｓ污染物的吸附、降解。赵爱芬等人较为详细地介绍了根际微生物与植物的相互作用。表明植物根系分泌的酶促进ＰＡＨｓ降解为植物可吸收的小分子有机物的过程。植物自身对有机物具有吸收、降解作用。尽管气态、液态、固态的化学物均可被植物吸收，但是植物内部的有机物只有溶解状态才可移动。实验证明辛醇水比（１０９ＫＯＷ）在０．５—３．０之间的化合物易于被吸收。吸收的效率同时取决于ｐＨ、吸附反应的平衡常数ｐＫａ、土壤水分、有机物含量和植物生理学特性等。一旦化合物被植物吸收，它们能被代谢、储存（一般在根系）或挥发掉¨“。

３．２光化学氧化

光化学氧化是ＰＡＨｓ降解的重要途径。不同的ＰＡＨｓ对光氧化的灵敏度是不同的。ＰＡＨｓ光解速度常数随光强、温度和湿度的升高而增大。在夏季高光强和高水蒸气浓度条件下，ＰＡＨｓ在数小时内几乎全部降解；而在冬季低光强和低水蒸气浓度下，ＰＡＨｓ的降解速率很小，可在大气中停留数日，因而，可以传输较远的距离。在水环境中，吸附于颗粒物上的ＰＡＨｓ比水中的ＰＡＨｓ更易于光氧化¨２。。

４展望

多环芳烃是一类具有“三致”效应（致癌、致畸、致突变）的持久性有机污染物，由于它们在环境中特殊的化学性质，可通过食物链的传递发生生物累积而不断富集和放大，进而对水环境中的生物种群和群落，包括人体的健康造成严重威胁，并导致生态系统最终发生衰变和退化的潜在危害，所以，长期以来一直成为世界各国环境优先监测和控制的污染物类别。我国在ＰＡＨｓ方面研究积累了初步的资料。但与国外相比，从研究内容的广度和深度，还有相当的距离，对高强度人类作用下的水体生态环境中，难降解毒性有机污染物在不同环境介质中的累积、活化、迁移，尤其是将水一沉积物一生物作为一个系统，研究污染物在它们之间的迁移过程和机制、生物有效性及影响和评价尚缺乏研究。因此，了解多环芳烃在水中的分布及危害，对于深入开展研究，不仅丰富和深化环境有机污染物生物地球化学研究内容，建立交叉学科理论体系，开拓新的学科新生长点具有重要的理论意义，而且对有效地控制毒性污染物通过水体环境食物链途径侵胁和危害人体健康，更持续合理地利用、监测和保护水体资源和生态系统健康也具有重要的现实意义和应用价值。

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