農藥及其它危險性(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 l 對人、畜毒害最大的污染元素有汞，鎘，鉛三種金屬和砷，硒兩種非金屬，具中等毒性的有鉻，鎳，鉬、鋅等金屬元素。l 污染的重要特征是能轉化成各種不同形態，并通過分散和富集作用而遷移。 一、有毒元素對生物致毒作用的特點：1．很低的濃度即可產生毒性效用 一般的有毒元素產生毒性的濃度范圍在 1~l0 mg/ml之間，毒性較強的金屬，如汞、鎘，產生毒性的濃度范圍在 ~。 2．通過食物鏈的生物擴增作用 有毒元素可以在較高級的營養水平的生物體內成千上萬倍地富集，然后通過食物進入人體，在人體某些器官中積累，造成慢性中毒。3．某些有毒元素通過微生物的轉化作用可轉化為毒性更強的化合物。 二、汞的污染和微生物轉化 l 在土壤和水體等自然環境中，汞的濃度很低，一般不超過 1ppm，但由于它在工業中被廣泛利用，煤炭，石油等燃料中也含有一定量的汞，同時，它也是某些農藥的成份。隨著工業廢水的排放，農藥的應用和煤炭，石油的燃燒，汞被不斷地引入自然環境。通過生物對它的富集作用和它的高毒性可以造成嚴重的危害。 l 在自然界，汞以三種狀態存在： Hg0、 Hg+、 Hg2+。 Hg+常成二聚體： Hg+Hg+，但其可進行如下的化學歧化作用：Hg+Hg+ Hg2+ + Hg0u主要的汞礦是硫化物， HgS俗稱朱砂；u溶解性極低，在厭氧環境中一般無變化，通氣條件下 HgS發生氧化作用，這可能是由于硫桿菌屬的細菌作用，形成了 Hg2+。u可溶性 Hg2+是很毒的，但很多細菌能行解毒作用，使其轉化成元素汞： Hg0。Hg2+ + NADPH + H+ Hg0 + 2H+ + NADP+l 有些細菌能將 Hg2+轉化成甲基汞和二甲基汞，實驗室內，芽孢桿菌屬，梭菌屬，分枝桿菌屬和假單孢桿菌屬的細菌，以及曲霉屬、脈孢霉屬 (Neurospora)的真菌和酵母菌都能引起甲基化作用。l 甲基化與輔酶 — 維生素 B12的作用分不開，其轉化過程如下： Hg0+CH3B12 CH3Hg+CH3Hg+ + CH3Br CH3HgCH3(二甲基汞 )(甲基汞 )l甲基汞和二甲基汞都是親脂性的，生物攝取后，多富集于細胞的脂類物質中。l甲基汞的毒性比汞 Hg+或 Hg2+大 100倍，神經毒素，在水體中較多地富集于魚類和貝類中，人食用了含汞的魚、貝以后，可引起腦細胞的破壞而死亡。l這兩種類型的甲基汞是否穩定決定于它們的形成速率和排除速率，因為，有些微生物能還原甲基汞成 Hg0和甲烷。 l二甲基汞可揮發逸入大氣，形成速率低于甲基汞。CH3HgCH3Hg0CH3HgCH3CH3Hg+Hg0 + CH4CH3 Hg+Hg2+ + Hg0Hg+ + Hg+HgS化學反應細菌細菌細菌CH4魚細菌細菌沉積物水大氣汞循環的可能途徑利用細菌消除汞污染u從 G+和 G細菌中分離出的許多質粒上都發現有抗重金屬的基因。某些抗藥性質粒同時 也具有抗汞和抗砷的基因。u從金黃色葡萄球菌 (Staphylococcus aureus) 中分離出的一種大質粒上發現有抗汞、鎘，砷等元素的抗性編碼。l 日本用汞細菌吸收并將含汞廢水中的甲基汞、乙基汞、硝酸汞、乙酸汞和硫酸汞等水溶性化合物成元素汞，然后收集菌體，用活性炭吸收菌體內蒸發的一部分元素汞，另一部分沉淀在反應器的底部的汞可以回收。金屬汞的回收率可達 80％以上。 利用細菌消除汞污染uChakrabarty把抗汞質粒轉移到惡臭假單孢菌中，在含 50~70?g/ml HgCl2的培養液中，該菌仍能生長，并將離子汞轉化成 Hg0。三、砷的污染和微生物轉化l 砷是非金屬元素，在自然界主要以氧化物 (如白砷石 As2O3， )和硫化物 (如雄黃 As4S4，雌黃 As2S3)存在。 l 砒霜，即三氧化二砷 l 三氧化二砷為白色晶體，微溶于水。溶于水后生成亞砷酸 (H3AsO3)亞砷酸離子 (3+)比砷酸 (H3AsO4)離子 (5+)更毒。l 具揮發性的三甲基砷也對人體有毒害作用。 砷的污染l 砷能使人與動物的中樞神經系統中毒，使推動細胞代謝作用的酶系失去作用，還發現它具有致癌作用。 l 污染環境的砷化合物的來源是多方面的：l 農藥和染料：亞砷酸鹽和有機砷化物被用作原料，l 一些含磷酸鹽的洗滌劑中也含有少量砷微生物對 砷 的作用l 甲基化： 如土生假絲酵母 (Candidahumicola)、粉紅粘帚霉 (Gliocladium roseum)和青霉能使單甲基砷酸鹽和二甲基砷酸鹽形成三甲基砷。有些甲烷細菌能利用砷酸鹽生成甲基砷。許多微生物能將污水和污泥中的砷轉化成三甲基砷。l 氧化為砷酸鹽： 如無色桿菌、假單孢菌、黃桿菌、節桿菌和產堿桿菌能將亞砷酸鹽氧化為砷酸鹽；l 還原成亞砷酸鹽： 甲烷細菌，脫硫弧菌，某些微球菌在厭氧條件下又能將砷酸鹽還原成毒性更強的亞砷酸鹽。 CH3AsCH3CH3HOAsCH3CH3OHAsCH3CH3HOAsCH3CH3OHOAsOHCH3OAsOHOHOHHOAsOHOHO細菌 細菌 細菌砷酸 亞砷酸 甲基砷酸 二甲基砷酸三甲基砷 二甲基砷O2 O2細菌空氣水土壤沉積物砷的微生物轉化第四節 生物吸附劑與重金屬去除 一、概 述 l 生物吸附：即微生物菌體對重金屬的吸附作用。l 細胞的不同部位對重金屬離子的吸附機理包括絡合、螯合、離子交換、轉化、吸收和無機微沉淀等。 l 金屬陽離子可被細胞表面的負電荷位點所吸附。l 許多陰離子參與結合金屬離子，如膜蛋白上的磷酸基、羧基、巰基和羥基等。 l 微生物對重金屬的吸附作用取決于兩個方微生物對重金屬的吸附作用取決于兩個方面，一是生物吸附劑本身的特性；另一方面，一是生物吸附劑本身的特性；另一方面是金屬對生物體的親合性。面是金屬對生物體的親合性。 二、生物吸附的由來l 生物吸附這一概念由 Ruchhoft等人于 1949年首先提出，他用活性污泥法從廢水中回收了 239pu，單級處理獲得了 60％的回收率。他描述了在清除污染的過程中增殖的微生物 “有巨大表面積的膠狀基質能吸附放射性材料 ”。 l Polikarpovz在研究水生生物的放射生態學時指出：海洋環境中存在的核材料可通過海洋微生物 “直接從水中吸附 ”而積累，而且上述性質與細胞的生命功能無關。l 許多微生物細胞，不論死活，都具有同樣好的吸附性質。使用死的微生物細胞的優點是微生物的培養與應用可以分開進行，以便更好地控制生物吸附劑吸附重金屬離子的。 l Tezuka （ 1968 ）認為：活性污泥細菌在二價陽離子如 Cu2+或 Mg2+幫助下的可逆絮凝，是帶負電荷的細胞表面與溶液中的陽離子之間形成離子鍵橋的結果。 l 根霉和枯草芽孢桿菌可能是研究得最廣泛的生物吸附劑，有證據表明這些微生物菌體的離子交換在金屬離子的吸附方面起著重要的作用。l 酵母細胞的表面能