常见的塑料废弃物处理技术包括焚烧、化学处理后回收、堆填及机械后处理、微生物的生物降解等。其中，生物降解是一种成本效益高、生态友好的方法而具有广泛的前景。

微生物的生物降解可通过如图1所示的四个阶段将塑料碎片降解为CO₂、CH₄以及H₂O。在第一阶段，具有塑料降解能力的微生物附着在塑料表面形成生物膜；在第二阶段,微生物生物膜分泌细胞外酶,将长链聚合物转化为低聚物,并在氧的影响下氧化形成碳基、羧基、羟基和其他含氧功能团；在第三阶段，微生物通过体内代谢机制(主要是末氧化机制和柠檬酸循环)吸收低聚物。最后,这些低聚物被矿化形成CO₂、CH₄以及H₂O。

目前已有大量关于塑料的生物降解的研究，并在塑料降解微生物、塑料降解机制等方面取得了重大进展。

目前已有假单胞菌属、芽孢杆菌属、食烷菌属、放线菌属为主的细菌、部分真菌以及少数藻类被报道有塑料降解功能或潜力。

由于环境中有大量微生物群落,塑料废弃物进入环境中后,微生物就会在其表面形成生物膜。生物膜的形成是一个动态过程,通常涉及微生物粘附、细胞外聚合物的分泌和微生物的增殖。此外，塑料生物膜中的微生物多样性受环境因素的影响很大，在不同的采样地以及不同种类的塑料上的生物膜微生物组成具有不同的特征。

酶在塑料的生物降解中发挥重要作用,首先由微生物分泌酶并吸附在生物膜表面的表面结合域,然后破坏塑料成分的化学键。不同类型塑料生物降解的关键酶也有不同。其中,对PET降解酶的研究最为深入，但迄今为止,对PE、PS、PP和PVC的特异酶特性的研究相对较少。

PS生物降解机制

聚苯乙烯(PS)是由苯乙烯单体组成的芳香族聚合物，是一种坚硬的、无定形的热塑性聚合物，因其半透明度高、耐久性好、成本低等特点,被广泛应用于玩具、食品储藏及各种包装产品的生产。许多研究已证实各种微生物对PS的生物降解,其中脱聚过程中涉及的关键酶仍尚未报告，但对苯乙烯单体的微生物降解已有很好的研究。

该降解过程包括如图2所示的两种可能代谢途径,即苯乙烯-乙二醇-3-乙烯二酚和苯乙烯氧化物-苯乙醛途径。第一种途径为苯乙烯在芳环上被苯乙烯双加氧酶(SDO)羟基化生成苯乙烯顺式乙二醇，经顺式乙二醇脱氢酶(CGDH)、儿茶酚2,3-双加氧酶(CDO)、2-羟基乙酸半醛水解酶(HMASALDH)、2-羟基戊二酸2,4-二烯酸水合酶(HPDEH)、4-羟基-2-氧戊酸醛缩酶(HOA)和丙酮酸脱氢酶复合物(PDHC)转化为乙酰辅酶a，进入TCA循环。第二种途径为苯乙烯通过苯乙烯单加氧酶(SMO)转化为氧化苯乙烯。再由氧化苯乙烯异构酶(SOI)降解氧化苯乙烯生成苯乙醛。最后经苯乙醛脱氢酶(PAALDH)、苯乙酸羟化酶(PAAH )、 2-羟基苯乙酸羟基化酶(HPAAH)和尿黑酸1,2-双加氧酶(HGADO)降解为4-丙烯酰乙酸，并通过β-氧化途径转化为乙酰辅酶a。

另一个潜在的代谢途径是聚苯乙烯产生PS低聚物，然后产生4-甲基苯酚。4-甲基苯酚可通过4-甲基苯酚甲基羟化酶(MPMH)、4-羟基苯甲酸脱氢酶(HBADH)、4-羟基苯甲醛脱氢酶(HBALDH)、4-羟基苯甲酸-辅酶a连接酶(HBACAL)和4-羟基苯甲酰-辅酶a还原酶(HBCAD)生成苯甲酰辅酶a，再通过β-氧化途径，苯甲酰辅酶a进一步转化为乙酰辅酶a，然后进入TCA循环。此外，也有相关文献报告了一种新的聚苯乙烯回收方法，即通过恶臭假单胞菌CA-3将聚苯乙烯转化为聚羟基烷酸酯(PHA)，为解决PS对环境的污染提供了可能。

PET的生物降解机制

    PET是邻苯二甲酸(TPA)和乙二醇(EG)的缩合物，是我们生活中各个方面最常见的合成聚合物之一,它具有无色(透明或半透明),质量轻,热塑性好,坚固,半刚性或刚性,毒性低等特点，被广泛应用于塑料袋、瓶子以及薄膜等包装业中。

PET的生物降解途径如图3所示，其脱聚反应始于PETase对酯键的裂解，生成乙二醇(EG)、对苯二甲酸双酯（MHET）和双对苯二甲酸酯（BHET）。BHET经PET酶转化为MHET，继而转化为对苯二甲酸(TPA)和EG。TPA最终通过TPA-1,2-双加氧酶(TPADO)、1,2-二羟基-3,5-环己二烯-1,4-二羧酸脱氢酶(TphB),原儿茶酸3,4-双加氧酶(PCDO)， β-羧基顺式，顺式黏康酸酯内酯酶（CMLE），β-羧基粘康内酯脱羧酶 （CMD）、烯醇内酯水解酶 （ELH）、β酮己二酸：琥珀酰辅酶 A 转移酶 （TR） 和β-酮己二酰辅酶 A 硫解酶 （TH）降解为琥珀酰辅酶a和乙酰辅酶a。EG可通过醌蛋白醇脱氢酶(PedH)、醛脱氢酶家族蛋白(Pedl)、乙醇酸氧化酶(GlcDEF)、乙醛酸碳糖化酶(Gcl)、羟丙酮酸异构酶(Hyi)、酒石酸半醛还原酶(GlxR)、甘油激酶(TtuD)、烯醇化酶(Enol)、丙酮酸激酶(PykF)和丙酮酸进一步转化为乙酰辅酶a。上述反应中的代谢产物琥珀酰辅酶a和乙酰辅酶a进入TCA循环，为微生物的生长提供能量。此外，由PET产生的单体可以升级为更高价值的化学品和材料。

PE的生物降解机制

聚乙烯(PE),是一种具有疏水性的线性碳氢化合物，具有高分子量、延展性、耐腐蚀性和耐久性等几种性能, PE根据聚合方法、分子量和链结构可分为高密度聚乙烯和低密度聚乙烯，高密度聚乙烯因其优点而广泛应用于玩具、包装和医疗用品中，低密度聚乙烯具有较高的分支度和低结晶度(55-65%),用于薄膜、包装、冷冻食品和纺织制品。

PE的生物降解有如图4所示的两个主要阶段：第一个阶段是解聚合，漆酶和过氧化物酶等酶是PE降解的关键酶，它们主要参与将聚乙烯的长碳链解聚成低聚物、二聚体以及单体混合物，这些低聚物可以重新参与自然环境的化学循环或形成具有10-50个碳原子的低聚物，并且这些形成的低聚物可运输到微生物细胞中，在代谢途径中进一步被同化。羟基化作用是烷烃同化的第一步。解聚产生的烷烃可以被末端氧化单加氧酶和亚末端氧化单加氧酶羟基化。末端羟基化的烷烃最终通过醇脱氢酶和醛脱氢酶形成脂肪酸。此外，亚端羟基化烷烃通过Baeyer-Villiger单加氧酶转化为酯，并进一步被酯酶或脂肪酶降解生成脂肪酸。两种途径产生的所有脂肪酸都进入β-氧化生成乙酰辅酶a，最后进入TCA循环完成矿化过程。

聚氯乙烯（PVC）的生物降解机制

聚氯乙烯（PVC）是一种白色的无定形乙烯基聚合物,由重复乙烯组成，由于材料成本低和成本效益高,已广泛应用于各种用途,如食品包装、建筑、水管和电缆绝缘材料。中国生产和消费的PVC材料数量是世界上最大的，然而由于PVC是一种含氯塑料，添加了邻苯二甲酸盐等各种添加剂,这些添加剂大多数是有毒的,可以排放到周围环境。

目前已有微生物降解PVC的研究报告，例从黄粉虫幼虫肠道中富集的菌群可以降解PVC聚合物。从昆虫肠道中分离出的克雷伯氏菌(Klebsiella sp. EMBL-1)可以解聚PVC作为唯一的能量来源。弧菌、Altermonas和Cobetia可引起PVC形态和化学结构的变化。然而，由于PVC没有可水解的酯键，其生物降解机理尚不清楚，这使得其降解更加困难。如图5所示：过氧化氢酶-过氧化物酶促进解聚PVC降解成低分子量聚合物。低分子量聚合物通过单加氧酶、酯酶、双加氧酶、醛脱氢酶和二羟基酸脱氢酶转化为脂肪酸。脂肪酸通过β-氧化途径转化为乙酰辅酶a，然后进入TCA循环，为生长提供能量。PVC也被发现在脱卤酶存在的情况下产生HCI以及其他氯化化合物。

聚氨酯（PU）的生物降解机制

   聚氨酯是一种合成聚合物，其主链中含有氨基甲酸酯键，这种键是通过聚异氰酸酯和短链或长链多元醇的缩聚而形成的。聚氨酯具有很强的耐高温和疏水性，其中，柔性PU具有无毒性和支持细胞粘附和人体细胞增殖的能力，在组织工程、乳腺手术、药物传递载体等生物医学材料领域得到了广泛的应用。刚性PU具有隔热、耐腐蚀和隔音等优点，应用领域包括建筑、汽车和航空。

目前，细菌和真菌主要通过聚酯酶水解酯键来生物降解PU，如从亚洲螳螂肠道中分离出的HY-72沙雷氏菌可以降解PU，导致PU表面形态和结构发生变化。然而，一般认为细菌在PU水解方面的降解效果不如真菌。真菌菌株枝孢霉(Cladosporium sp.)、米根霉(Rhizopus oryzae)和交替孢霉(Alternaria alternate)被证实可以降解PU。PU结构的多样性导致其代谢产物和代谢途径的多样性。如图6所示，聚酯酶、脲酶和过氧化物酶作用于PU的酯和尿素键进行解聚，产生烷烃、4,4'-亚甲二苯胺(MDA)和多元醇，这些多元醇被水解酶、双加氧酶和二烯酸酶进一步降解为酸。PU中间体最终进入脂肪酸代谢途径和循环，实现完全代谢。

聚丙烯（PP）的生物降解机制

聚丙烯(PP)呈白色蜡状，透明，质轻，是一种线型烃树脂，刚性结晶性热塑性塑料，稳定性高，降解时间长。由于其成本低、密度低等优势特性，它是目前在医疗器械、汽车、生物医学用品、机器零件等日常用品中应用最广泛的聚合物之一。PP的降解机制与PE相似，即通过增加含氧官能团、链断裂和随后的甲基酮转化为低聚物。然而，目前还没有获得能有效降解PP的酶，而且关于PP降解的机制也很少报道。

塑料制品在日常生活中提供舒适和方便,但塑料废弃物造成的海洋污染对环境、社会和经济都有不利影响。生物降解是塑料污染的环保解决方案之一,但过程非常缓慢。海洋的特殊生态环境(高盐、厌氧、高压等)。有利于寻找新的微生物资源,提高塑料的生物降解率。深海可能为塑料降解的微生物提供一个独特的栖息地,揭示出新的多样性,并提供获得塑料废弃物回收利用的独特酶的机会，未来可以继续探索极端的海洋环境,寻找新的微生物资源,以解决塑料污染问题。