苯系物的降解方案-应用微生物学原理与技术

芳香烃苯（benzene）、甲苯（toluene）、乙苯（ethylbenzene）和具有3 种同分异构体的二甲苯（xylene），经常简称为BTEX，主要存在于轻质油中，BTEX 占汽油成分的40%以上；在工业上广泛用作溶剂和化工生产的中间体。

芳香醇、芳香醛、芳香酮和芳香酸是从苯系物衍生出的化合物。 这些化合物的化学性质和降解也与苯系物很相似。 在好氧条件下容易矿化，在厌氧条件下可以降解。 其降解的难易程度受取代基的数目、类型和位置的影响。 在土壤中到处都有降解它们的好氧微生物。 BTEX在土壤和地下水体系中容易降解。 邻二甲苯以共代谢方式降解，还没有证据表明它可作为唯一碳源。 很多真菌可以氧化芳香烷类化合物。 各种厌氧代谢方式，如硝酸盐呼吸、硫酸盐还原以及甲烷发酵都可以降解BTEX。 不含氧的芳香烃类的厌氧降解需要水中的氧结合进入芳香烃的结构中，这可能成为限速步骤。 一旦芳香化合物氧合后，在厌氧代谢下矿化为水和二氧化碳，或生成甲烷。 芳香化合物的降解速率在反硝化条件下一般高于甲烷发酵。

（1）苯的好氧降解

苯分子氧化涉及3 个组成酶。 在苯环上引入两个羟基后形成一种顺式二氢二羟化合物，然后形成儿茶酚。 儿茶酚可以以两种方式裂解，一种是在两个羟基之间裂解，称为正位裂解（ortho-cleavage），形成顺，顺-粘康酸；另一种是在羟基化碳原子与非羟基化碳原子之间裂解，称为偏位裂解（meta-cleavage），形成2-羟基粘康酸半醛。

正位裂解是由双加氧酶催化，有分子氧掺入，形成的粘康酸在环化异构酶的作用下形成粘康内酯，再进一步异构为烯醇化内酯。 内酯在水解酶作用下形成3-氧己二酸。 在CoA 转移酶作用下，3-氧己二酸被激活裂解为琥珀酸和乙酰CoA。

偏位裂解也是在双加氧酶催化下进行的，形成的2-羟基粘康酸半醛有两条降解路线:一条是在脱氢酶的催化下氧化为2-羟基粘康酸，然后再脱羧形成2-羟基-2，4-戊二烯酸；另一条是在水解酶作用下去除甲酸直接形成2-羟基-2，4-戊二烯酸。 2-羟基-2，4-戊二烯酸在水合酶作用下加水形成4-羟基2-氧戊酸，再在醛缩酶作用下形成丙酮酸和乙醛。

（2）甲苯、乙苯和二甲苯的好氧降解(www.xing528.com)

甲苯、乙苯和二甲苯的降解有两条途径。 一条是苯环上的甲基或乙基氧化形成羧基，然后去除羧基，在双加氧酶作用下同时引入两个羟基形成儿茶酚。 另一条是苯环直接加氧连接两个羟基再进一步氧化。

任何具有取代烷基的芳香烃化合物都有这两种氧化途径。 微生物可以作用不同链长的烷基，通常首先氧化较短的取代基。 一般来说，长链比短链不容易降解，烷基数目越多越不容易降解。

（3）苯系物的厌氧降解

对苯系物降解的研究长期以来一直局限在好氧环境下，近十几年来大量的研究表明厌氧菌也能起降解作用。 苯系物的厌氧降解主要采用富集培养混合菌群进行研究，而很少采用像好氧菌那样的纯培养研究以精确了解代谢途径。 但是不能因此否认厌氧研究的正确性，因为研究结果表明在许多条件下厌氧分解是微生物同生菌活动的结果。

芳香化合物的厌氧降解主要在反硝化、硫酸盐还原和产甲烷条件下进行。 另外，铁离子和氧化锰也可以作为替代电子受体。

芳香化合物厌氧降解的最初几步和好氧降解的最初几步完全不同。 厌氧降解的最初几步是苯环的加氢、加氟，改变了苯环的稳定结构。 苯环开裂后形成脂肪烃，然后再进一步通过氧化进入三羧酸循环。