單擊此處編輯母版標題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,*,*,*,POPs污染現狀及其治理方法,報告人：黃耀,,學號：1203280266,,,,POPs種類及來源,1,,,,POPs特性及污染現狀,2,,,,POPs的微生物降解,3,,,,POPs檢測技術,4,美國越戰(zhàn)“橙劑”事件,,上世紀,60,年代至,70,年代，美國曾在越南戰(zhàn)爭中大量使用一種被稱為橙劑,(Agent Orange),的脫葉劑,,,導致了美國歷史上最大規(guī)模的戰(zhàn)爭環(huán)境健康影響調查,,,確認橙劑中含有的,二惡英,雜質具有潛在的急性、亞急性和長期毒性,;,而對越南飽受脫葉劑危害地區(qū)的事后調查,,,更發(fā)現大量流產、死胎、新生兒畸形等案例。,日本米糠油事件,,,1968,年,,,日本福岡和長崎地區(qū)發(fā)生米糠油中毒事件,,,出現大量“油癥”皮膚病患者,,,是因為人們吃了被,多氯聯苯,(PCBs),和,二惡英,污染的食用油。,臺灣米糠油事件,11,年后臺灣再次發(fā)生,2 000,人的米糠油中毒事件,,,原因是在米糠油脫色除味處理中采用日本生產的,PCBs,混合液作為導熱劑,,,因滲漏使米糠油受到,PCBs,,和,二惡英,的污染,,,在“油癥”患者的組織和血液樣品中檢出了高濃度的二惡英。,意大利二惡英事件,1976,年,,,意大利,Seveso,一家化工廠發(fā)生爆炸事故,,,居民暴露在高劑量的二惡英之中,,,主要健康問題是出現氯痤瘡,(chloracne),比利時污染雞事件,1999,年,,,比利時“污染雞”事件極大地沖擊了比利時、德國、法國、荷蘭等國的畜牧業(yè)和食品出口貿易,,,引起了消費者的極大恐慌。經大規(guī)模檢測和調查證實,,,比利時的動物飼料在生產過程中使用了含二惡英的脂肪原料。此次二惡英污染事件所造成的直接經濟損失高達數,10,億歐元,,,在世界范圍內造成了強烈反響,,,提高了公眾對環(huán)境二惡英的關注程度。,,,1981,年,2,月,5,日,,,美國紐約州,1,座,18,層的辦公大樓發(fā)生變壓器火災,,,變壓器的冷卻劑中含有,PCBs,（多氯聯苯）,,類物質,,,對大樓的封鎖和清理雖然歷時,1,年、耗資,2,千萬美元仍未能達到辦公使用要求。,,1997,年,6,月,16,日,,,韓國政府強制關閉,3,家國有大型垃圾焚燒處理廠,,,原因二惡英排放嚴重超標。,什么是,POPs,？,持久性有機污染物（,Persistent Organic Pollutants,,簡稱,POPs),：,是指在環(huán)境中難以分解，能夠在環(huán)境中長期存在，可以通過各種傳輸途徑而進行全球尺度的遷移擴散，通過食物鏈在生物體內累積放大，對人體和環(huán)境產生毒性影響的一類有機污染物。,,,人類合成的化學品有,700,萬種，約有,10,余萬種進入環(huán)境。,POPs的種類（kinds）,,,聯合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)和瑞典政府于2001年5月23日在瑞典的斯德哥爾摩聯合主持召開全權代表會議，包括中國在內的90個國家的代表簽署了《關于持久性有機污染物的斯德哥爾摩公約》。,,,首批列入公約控制的POPs的12種可分三類：,,一、,殺蟲劑類,，主要為艾氏劑（,aldrin）,、狄氏劑（,dieldrin ）,、異狄氏劑（,Endrin ）,、氯丹（ chlordane ）、七氯（,heptachlor ）,、滅蟻靈(mirex)、毒殺芬(toxaphene)、滴滴涕(DDT)和六氯苯（HCB）；,,二、,工業(yè)化學品類,，主要為六氯苯(HCB)和多氯聯苯(PCBs)；,,三,、,副產品類,，主要是二噁英類(PCDDs)和呋喃類(PCDFs)。,,,POPs的來源(source ),,來源于印染和助劑工業(yè)向環(huán)境釋放的一些化學物質的污染。如液壓油、潤滑劑和增塑劑及農用塑料制品等的使用 。,,化學農藥和化肥的污染，如廣泛使用的各類殺蟲劑、殺菌劑、除草劑、化肥制劑等。,,農業(yè)生產中大量使用的激素，如植物生長調節(jié)劑、飼料添加劑等都可產生污染。,,來源于金屬冶煉、垃圾的焚燒和廢水的排放，如二惡英(PCDDs和PCDFs的統稱)主要來源于垃圾的焚燒。,POPs的特性(properties),持久性,。一般在水中的半衰期大于2個月，在土壤中的半衰期大于6個月。,,生物積蓄性,。低水溶性、高脂溶性的特點，導致POPs從周圍媒介中富集到生物體內，并通過食物鏈的生物放大作用達到中毒濃度。,,遷移性,。POPs所具有的半揮發(fā)性使得它們能夠以蒸汽形式存在或者吸附在大氣顆粒上，便于在大氣環(huán)境中做遠距離的遷移，同時這一適度揮發(fā)性又使得它們不會永久停留在大氣中，能夠重新沉降到地球上。,,高毒性,。POPs大都具有“三致(致癌、致畸、致突變)”效應。,,POPs對人體的危害(Hazard),,,研究表明，持久性有機污染物（POPs）對肝、腎等臟器和神經系統、內分泌系統、生殖系統等有急性和慢性毒性，具有致癌性、生殖毒性、神經毒性、內分泌干擾特性等，并且由于有持久性，這種危害一般都會持續(xù)一段時間。,,POPs在中國的污染現狀（Pollution Status in China）,中國是一個農業(yè)大國，在20世紀60～80年代大量生產和使用的農藥主要是有機氯農藥，斯德哥爾摩公約中所列的,九種,用作殺蟲劑的POPs中，滴滴涕、七氯、氯丹、毒殺芬和六氯苯等五種產品在中國曾大規(guī)模生產過，而且滴滴涕、氯丹、滅蟻靈和六氯苯目前仍在少量生產和使用。,,,1.,,POPs 在土壤中的污染,,,,土壤是植物和一些生物的營養(yǎng)來源，土壤中的POPs 無疑會導致POPs 在食物鏈上發(fā)生傳遞和遷移。中國農業(yè)土壤在禁用DDT 和六六六20 年后，一些地區(qū)最高殘留量仍在1 mg/kg 以上。1988 年調查的中國土壤有機氯農藥的殘留狀況，呈現南方>中原>北方空間格局，南北差距較為顯著，平均殘留水平南方相當于北方的3.3 倍。南方和中原地區(qū)菜地中殘留量均高于農田，南方尤為突出。,,,,2. POPs 在水體中的污染,,,研究表明，有機氯類污染物在華北地區(qū)地下水中普遍檢出；遼河中下游水體中多氯有機物濃度高于國外相應的濃度，沉積物中多氯有機物濃度與國外部分水體沉積物中的多氯有機物濃度基本相當；中國東海岸3 個出?？诘某练e物中也存在POPs；珠江主干廣州河段沉積物總DDT 的含量均明顯高于全球近岸表層沉積物中總DDT 的含量范圍（0.1 μg/kg～44 μg/kg)；香港維多利亞港和海岸線的沉積物也存在PCDD/Fs，PCDDs （特別是八氯二惡英） 的污染水平較大，是維多利亞港的工業(yè)區(qū)工業(yè)造成了PCDDs 和PCDD/Fs 污染；洞庭湖底泥中五氯酚最高含量顯著高出全國用藥區(qū)沉積物中五氯酚含量中位數462 μg/kg 的上千倍。,,,,3. POPs 在食品中的污染,,1991 年對中國生產的各類食品中六六六、DDT 殘留量調查表明，禁用10 年后DDT 在食物中的殘留水平高于六六六，蛋、乳制品及植物油等脂類農產品中有機氯農藥總量仍很高，水產品中殘留量也高達57 μg/kg。1992 年，肖白曼等對中國東北地區(qū)不同種類的食品中有機氯農藥殘留量調查表明，在不同種類食品中均有一定量的有機氯殘留檢出，動物性食品普遍高于植物性食品。,,,,4.POPs 在大氣中的狀況,,農村和城市空氣中POPs 的污染狀況不同，天氣和POPs 的長距離遷移導致了農村POPs 濃度的增加。汽油和柴油引擎汽車的尾氣顆粒物中都存在POPs。在中國，對47 個環(huán)保重點城市中的7 套生活垃圾焚燒處置設施的調查監(jiān)測表明，北京、深圳和重慶三城市中，有4 套設施超標（超標率57.1%，超標范圍0.3～99 倍），排氣中的二惡英類質量濃度分別為3.5 ngTEQ/m3～19 ngTEQ/m3（北京），4.3 ngTEQ/m3～11.3 ngTEQ/m3（深圳），100 ngTEQ/m3（重慶）。臺灣南部農村大氣PCBs 質量濃度為2.50 ng/m3，臺灣南部城市大氣PCBs 質量濃度為4.51 ng/m3，臺灣南部工業(yè)區(qū)大氣PCBs 質量濃度為5.91 ng/m3。,,,5. POPs 在農產品中的污染農產品,,根據1983 年全國糧食有機氯農藥的調查，在90.9%小麥、玉米和稻類樣品中有六六六檢出，超標率為74%，平均殘留水平110 μg/kg。糧食中DDT 污染相對較輕，超標率為0.2%，平均殘留20 μg/kg。1988—1989 年，根據農業(yè)部調查，稻谷中六六六殘留與20 世紀80 年代初相比，一般降低了一個數量級之多，DDT 也大致如此。小麥中六六六質量分數從93 μg/kg～10 780 μg/kg 下降到3μg/kg～138 μg/kg，DDT 下降更多。 但蛋、乳制品及植物油等脂類農產品中有機氯農藥總量仍很高，水產品中殘留量也高達57,μ,g/kg。,,POPs的生物降解性(,Biodegradability,),,生物降解是POPs進入環(huán)境后的重要遷移轉化途徑，POPs生物降解性的研究對于評價其環(huán)境歸趨、生態(tài)風險及選擇適用的修復技術有著及其重要的意義。,,有機污染物在自然環(huán)境中的生物降解可分為初級生物降解、最終生物降解和可接受的生物降解三種類型。大部分生物降解性研究的文獻集中在初級生物降解和最終生物降解方面，使用的評價指標包括生物降解速率常數、半衰期、BOD、COD，C,O,2,生成量等。,,微生物降解有機物的一般過程,,,首先,是化合物在微生物細胞膜表面的吸附，這是一個動態(tài)平衡；,,其次,是吸附在細胞膜表面的化合物進入細胞膜內，在生物量一定時，化合物對細胞膜的穿透率決定了化合物穿透細胞膜的量；,,最后,是化合物進入微生物細胞膜內與降解酶結合發(fā)生酶促反應,。,,Mester等認為當微生物對有機化合物的降解作用是由其細胞內的酶引起時，微生物降解的整個過程可以分為3個步驟：,,有機磷農藥 (organophosphorus pesticide)的微生物降解,,自20世紀80年代可以從黃桿Flavobacterium sp.和假單胞菌Pseudomonas.diminuta中將有機磷水解酶提純以來，人們就觀察到微生物對有機磷農藥的降解作用，便開始嘗試將有機磷水解酶用于農藥降解。,,有機磷酸酯殺蟲劑在土壤中發(fā)生水解反應方程式,有機磷農藥 (organophosphorus pesticide)的微生物降解技術,有機磷降解菌的應用,,有機磷降解酶的應用,,構建工程菌株提高降解能力,,蛋白質工程用于提高降解能力,有機磷降解菌的應用,李順鵬 ，等將甲基對硫磷的降解菌,Alcaligenes sp．,接種于含有甲基對硫磷的土壤中，表現了較強的降解農藥殘留的生態(tài)效應。,,Mulbry等用從蠅毒磷污染的土壤中分離的菌株制成生物過濾柱，在7～10 d內將污水中l(wèi) 500 mg／L的蠅毒磷降低到0．1mg／L。,,可見，降解菌的制劑可以有效去除土壤、蔬菜、污水中的農藥。,有機磷降解酶的應用,固定化提供了固相支持物，制成的酶反應器已用于有機磷的降解中。固定化酶用于污水處理中，可以重復使用，而且避免極端條件下酶變性；用于土壤修復中，可避免土壤吸附、失活以及水解蛋白的微生物降解。,,有機磷水解酶OPH固定在聚合尿烷(polyurethane)泡沫上，保存和熱穩(wěn)定性比可溶性酶提高了幾個數量級，儲存在25℃20％ 的DMSO中，酶的半衰期達1 500 d．估計2．5 kg的固定化酶在一年內可有效水解30 000 t的有機磷神經毒劑。,構建工程菌株提高有機磷農藥的降解能力,Mulchandani等將脂蛋白(Lpp)的信號序列的前九個氨基酸連到外膜蛋白(OmpA)的跨膜區(qū)，構建成Lpp—OmpA基因融合系統，將OPH展示定位到E．coli的表面．表面表達OPH的細胞可有效水解對硫磷和對氧磷，而不受細胞膜擴散限制，比胞內同樣OPH表達水平的細胞水解活性高7倍。,蛋白質工程用于提高降解能力,OPH的分子結構與活性關系的研究為酶的定點改造(理性設計)提供了理論依據。,,通過定點突變改變酶的活性位點的結構，從而影響OPH對底物水解專一性已經有很多的報道。OPH的254和257位組氨酸殘基位于每個單體雙金屬活性位點的附近，這些殘基決定了活性位點與底物的相互作用。利用基因工程技術定點改造OPH產生的突變體H254R、H257L、H254R／H257L的每個活性位點只含有一個金屬離子，改變后的酶對內吸磷(P—S健)的水解作用提高了2～30倍。,芳香族類化合物(aromatic compounds )的微生物降解,不同種類的微生物，其降解芳香族類化合物的途徑不盡相同，好氧微生物與厭氧微生物降解芳香化合物的代謝途徑就完全不同。,,好氧微生物在降解芳香化合物過程中，代謝的最初分支點是兩個雙羥酚中間產物，即兒茶酚和原兒茶酸。每種最初的底物都是通過特定的外周代謝途徑被氧化為其中的一種中間產物,。,,許多厭氧微生物或兼性好氧微生物在厭氧條件下，首先將不同的芳香化合物轉變成甲苯、4-羥苯甲酸或4-羥苯甲酰-CoA，然后經4-羥苯甲酰-CoA還原酶脫羥基，或富馬酸作用，生成苯甲酸或苯甲酰-CoA，此化合物再作為苯環(huán)還原和開環(huán)中心反應的起始點,芳香族類化合物(aromatic compounds )的微生物降解實例-----萘和菲,萘首先代謝為水楊酸，再轉化為鄰苯二酚，隨后進入三羧酸循環(huán)(TCA) 進一步氧化開環(huán)徹底降解為二氧化碳和水，實現完全降解。,,首先菲在3、4 位C 處被雙加氧酶羥基化，隨后依次利用順-3,4-二氫二羥基菲脫氫酶、3,4-雙羥基菲雙加氧酶、2-羥基-2H-苯芘[h]色原烯-2-羧酸鹽異構酶、水合-醛縮酶和1-羥-2-萘甲醛脫氫酶轉化成1-羥-2-萘甲酸，隨后根據降解菌株的不同，分別通過水楊酸或鄰苯二甲酸途徑進入TCA循環(huán)，最終達到完全降解。,,,鹵代有機化合物（Halogenated organic compounds）的生物降解,多數研究者認為，氯代芳烴物的降解代謝有兩種途徑———修飾鄰位開環(huán)裂解途徑（1，2 位開環(huán)）和間位開環(huán)裂解途徑（2，3 位或1，6 位開環(huán)），這兩種代謝途徑都是以氯代鄰苯二酚為中間代謝產物的。,氯代芳香烴降解的關鍵在于脫氯，,,其可分為氧化脫氯（,oxo-dehydrogenation,）,,和還原脫氯（,reduction dehydrogenation,）。,氯苯類化合物氧化脫氯（oxo-dehydrogenation）,在好氧條件下，氯苯類化合物的降解反應先開環(huán)再脫氯。,,首先在羥基雙加氧酶作用下，使苯環(huán)羥基化，轉化為相應的氯代鄰苯二酚。而后苯環(huán)發(fā)生鄰位或間位裂解開環(huán)的鄰苯二酚1，2- 雙加氧酶或鄰苯二酚-2，3 - 雙加氧酶催化氯代鄰苯二酚開環(huán)，生成相應的氯代粘康酸，在內酯化過程中脫除氯原子并被氧化成馬來?；宜?，最終進入三羧酸循環(huán)。,氯苯類化合物的還原脫（reduction dehydrogenation）,氯苯類的厭氧生物降解機制主要是在酶催化作用下由氫取代氯，發(fā)生脫氯反應。,,還原脫氯是氯苯類化合物在得到電子的同時去掉一個氯原子，氯原子數越多，苯環(huán)上電子云密度越低，氧化越困難。,,還原脫氯需要多種微生物的參與，因為多種微生物共存易于創(chuàng)造厭氧環(huán)境，而且一種微生物要靠其它微生物作為電子受體和供體，另外一種微生物可以借助其它微生物消除抑制性的中間代謝產物，從而使降解進一步完成。,,POPs檢測技術（以二噁英為例）,二惡英是由,2,個或,1,個氧原子聯接,2,個被氯取代的苯環(huán)組成的三環(huán)芳香族有機化合物,,,包括多氯二苯并二惡英,(PCDDs),和多氯二苯呋喃,(PCDFs) ,,共有,210,種同類物,,,統稱為二惡英。二惡英的分子結構如圖,1,所示,,,每個苯環(huán)上可以取代,1- 4,個氯原子,,,存在眾多的異構體,/,同類物,,,其中,PCDDs,有,75,種異構體,,PCDFs,有,135,種異構體。,二惡英有哪些危害？,氯痤瘡。這種病人皮膚出疹，出現囊泡、小膿泡，重者全身疼痛，可持續(xù)數年，實驗表明。人體僅需,(96—3000ng,／,kg),就會發(fā)病。,,癌癥。二惡英被國際致癌研究所列為一類強致癌物，也是最致命的致癌物質。人生活在二惡英存在的環(huán)境，易發(fā)生癌癥，在某些特定人群中。當二惡英達到,109ng,／,kg,時，易發(fā)生癌癥，超過,8,倍時發(fā)生率更高 。,,當二惡英在人體中蓄積達到一定程度時，就會影響人的行為和導致思維紊亂。,,糖尿病和免疫機能下降。二惡英在人體中只要極少量,.,就可以導致人類免疫機能的下降，當在體內蓄積達到,99—140ng,／,kg,時,.,糖尿病的發(fā)生率增加。,,高濃度的二惡英可致畸，引起人的肝、腎損傷及出血。它一般用,pg(g),或,ng(g),來計量,熱穩(wěn)定性（,800,度以上才會被降解，,1000,度以上才能破壞其結構）,,低揮發(fā)性（地面可以持續(xù)存在）,,脂溶性（經脂質發(fā)生轉移和生物富集，在食物鏈中遷移。,,環(huán)境中穩(wěn)定性高（不易降解，半衰期為,9,年，因而可在環(huán)境中持續(xù)存在）,目前二惡英類物質的檢測方法有哪些？,一、化學儀器分析方法,,HRGC/HRMS,,GC/HRMS,,HRGC/LRMS,,二、生物檢測方法,,EROD,細胞培養(yǎng)法,,熒光素酶方法,,EIA,酶免疫方法,,DELFIA,熒光免疫法,,表,1,二惡英檢測方法對比分析,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,生物檢測方法,,目前建立的生物學檢測方法均是通過對,Ah,受體活化程度的測定來間接表達二惡英的,TEQ,。,EROD,細胞培養(yǎng)法,二惡英與,Ah,受體結合活化后，被,Ah,受體核轉位因子（,ARNT,）轉移到細胞核內，活化的核內基因是特異性,DNA,片段即二惡英響應因子（,DRE,）。啟動發(fā)揮毒性的基因并增加其轉錄，從而激活,EROD,酶的活性。所以通過測定,EROD,酶的活性，可以了解二惡英激活,Ah,受體的能力，進而獲得測試樣品中二惡英的,TEQ,螢光素酶方法,該方法是將螢火蟲螢光素酶作為報告基因結合到控制轉錄的,DRE,上，制備成質粒載體并轉染,H4IIE,大白鼠肝癌細胞系（含,Ah,受體傳導途徑的各個部件）。以此構成的,CALUX,系統螢光素酶誘導活性與二惡英 的毒性系數相對應,，最終測定的結果也是,TEQ,。,EIA,酶免疫方法,該方法是根據鼠單克隆抗體,DD3,與二惡英結合的特點而建立的競爭抑制酶免疫方法。,使用酶競爭配合物（,HRP,）和樣品中二惡英共同競爭有限的,DD3,抗體的特異性結合位點,,,以一系列不同濃度的,2,3,7,8,－,TCDD,為標準物質，作出,2,3,7,8-TCDD,標樣與對應樣品的劑量－效應曲線，樣品中二惡英毒性強度以計算出的,TCDD,毒性等價濃度間接表示。最終通過測定,DD3,與,HRP,螯合物的熒光強度來獲取二惡英的,TEQ,。,螯合物的熒光強度與二惡英的,TEQ,成反比。,,DELFIA,熒光免疫法,DELFIA,（,Dissociation-enhancement Lanthanide Fluoro Immunoassay,）法屬于時間分辨熒光免疫分析法。該方法利用生物基因技術選擇出合適的,抗原鍵合銪離子與樣品中二惡英競爭單克隆抗體,，待免疫反應完全后加入熒光增強液,,,使銪離子從抗原中解離下來，進入增強液,,,形成膠束，高效地發(fā)出熒光。螯合物最終用時間分辨熒光法分析，,其熒光強度與二惡英的,TEQ,成反比。,謝謝！,