一、石油污染与生物修复技术.

生物修复的主要类型
原位生物修复(In 原位生物修复 Situ Bioremediation) 指受污染的土壤不做搬运或输送而在原位污染地进行的 生物修复处理，其恢复过程主要依赖于被污染地自身微生物 的自然降解能力和人为创造的合适降解条件。异位修复需要 移动受污染的区域, 应用较多的有地耕法、堆肥法、生物反 应器法等; 这种运输可能会增加运输费用,但处理过程中便于 对修复过程进行有效控制. 异位生物修复(Ex-situ Bioremediation) 异位生物修复 指将受污染的土壤，搬动或输送到它处进行的生物修复 处理，这里的搬动和输送是有一定限度的， 而且更强调人 为控制和创造更加优化的降解环境。原位修复不需要移动受 污染的区域, 主要取决于被污染区域自身微生物的降解能力 和人为创造的污染物的目的。优点是费用较低,但较难严格控 制.
实例 天然情况外无一类叫做假单孢杆菌的细菌可以分化 石油，每一类假单孢杆菌只能分化石油外的某一类 成分。基果工程可以把位于不合生物体内的基果零 合到一类生物体内，表达出多类性状。 把持基果工程培育能分化多类石油成分的“超级细 菌”，并且培育出只能以石油为养料的细菌类型， 免得工程细菌影响生态平衡。例如：1975年，科学 家用基果工程的体例，把能分化三类烃类的基果都 转移到能分化另一类烃类的假单孢杆菌内，创制出 了能分化四类烃类的细菌。
降解石油的微生物
有关研究表明, 能降解石油的微生物有70 个属, 其 中28 个细菌属, 30 个丝状真菌属, 12 个酵母属, 共200 多种微生物。姚德明研究表明, 被石油污染的土壤中, 真 菌数量较少但种类丰富, 细菌数量多, 但种类较少。真菌 以毛霉菌属、小克银汉菌属较多, 其次是镰刀菌属、青霉 菌属、曲霉菌属等。细菌以革兰氏染色阴性杆菌居多, 以 动胶菌属为主, 其次是黄杆菌属, 革兰氏阳性杆菌以芽 孢杆菌为主。海洋中有多种石油降解菌, 可以降解烷烃 及甲苯、萘、菲等芳香烃。最近新分离到一些石油降解 菌: 有属于γ- 2 变形细菌( γ- 2Proteobacteria) 的食碱 菌属( A lcan ivorax) 、解环菌属( Cycloclasticus) 、海杆菌 属( M arinobacter) , 海螺菌属( Neptunom onas) , 嗜油菌 属( O leiphilus) 、油螺旋菌属( O leispira) Thalassolituus 及属于革兰氏阳性菌的动性球菌属( Planococcus) 。
生物表面活性剂胶束形态示意图
微生物可经3种途径摄取石油烃，以后2种为主。 一是微生物细胞直接摄取溶解在水中的石油烃，这种途径 仅适于在水相有一定溶解度的石油烃，由石油烃在水中 的溶解速率决定摄取速率。 二是微生物细胞吸附在难溶于水的石油烃表面，直接摄取比 细胞体积大得多的石油烃液滴（或颗粒）。假设这种摄取是 在二者的接触点通过扩散进行的，主要由细胞可接触的油滴 表面积以及细胞表面的疏水性控制摄取速率。由于实际能接 触到石油烃表面的微生物数量很小，所以这种途径的降解速 率很慢。 三是微生物摄取胶束态的石油烃。
影响微生物修复的因素 1.温度 2.含氧量 3.营养元素供给
微生物修复优点 与化学,物理方法相比,生物修复具有以下优点: (1)经济花费少,仅为传统化学,物理修复胡30%-50%; (2)对环境影响很小,不产生二次污染,遗留问题少; (3)能尽可能地降低污染浓度; (4)对就地生物修复而言,污染可在原地被降解清楚 (5)修复时间较短 (6)就地处理,操作简便 (7)人类直接暴露在污染物下的机会减少
B、渤 漏 事
海 油 故
一、石油污染的危害
1.石油污染对海洋的危害。海运过程中石油的泄漏会给海 洋造成多方面的危害, 石油泄漏后, 油膜覆盖于海面, 阻 断O2 和CO2 等气体的交换, 阻断阳光射入海洋, 使水温 下降, 破坏了海洋中溶解氧的均衡, 并且石油在降解过程 中会大量消耗海水中的氧, 直接导致海水缺氧, 影响海洋 生物的生长; 石油中所含的稠环芳香烃对 生物体有剧毒, 污染物中的毒性化合物可以改变生物体细 胞活性, 从而影响海洋渔业的发展。 2.石油污染对土壤的危害。石油对土壤的污染多集中在 20cm 左右的表层, 石油物质进入土壤, 可堵塞土壤孔隙, 改变有机质的组成和结构, 引起土壤有机质的碳氮比 ( C/N) 和碳磷比( C/P) 变化, 引起土壤微生物群落、微 生物区系的变化; 石油污染对农作物的生长发育也有不利 影响, 直接导致农作物减产, 导致某些有毒成分在粮食中 累积, 影响粮食的品质, 并通过食物链危害人类健康。
什么是石油修复技术
我国是一个石油生产和消费大国, 石油污染问题相当突出, 。 目前, 国内外在治理石油污染方面, 重点研究了微生物修复技术, 经过30 多年的研究开发, 现已广泛应用于污染环境治理, 并取 得了相当的成功。 1.生物修复技术概念。 生物修复技术概念。 生物修复技术概念 生物修复( bioremediation)是指利用生物特别是微生物, 将 存在于土壤、地下水和海洋等环境中的有毒、有害污染物降解 为CO2 和H2O,或转化为无害物质, 从而将被污染的生态环境修 复为正常的生态环境的工程技术体系。 2.严格意义上的生物修复, 目标化合物在不受人为干扰的自然情 况下被降,但这种生物修复一般进行缓慢, 远远达不到生产实践 的要求, 因而生产上一般采用工程化手段, 加速生物修复的进程, 因此就产生了强生物修复( enhanced bioremediation) ( 工程化 生物修复) , 一般通过以下手段来加快修复的速度:( 1) 生物刺激 ( biostimulation) , 满足土著微生物生长必需的环境条件。( 2) 通过各种手段, 诱导参与降解环境污染物的微生物菌群的产生 和扩增( bioaugmentation) 。
超级细菌降解油
这是一种可以分解三卤甲烷的微生物，能使之变为无害物质 ，省去体外基因重组的操作，直接将不同来源的降解性质粒组 建到一个受体菌细胞内，能获得降解多种污染物的超级菌。这 项研究起始于1972年，开创者是美国的查可巴瑞。1975年他成 功地在培养基上将4种降解性质粒转到1株细菌的细胞内，构建 成举世瞩目的第一个“超级菌”。该种超级菌能同时降解7种 以上的石油烃类化合物，几小时内的效果相当于自然菌株一年 以上的同等水平。1982年他又实现了细胞间质粒的自然传递和 相互作用，构建出新的超级菌，新超级菌清除石油污染所需时 间不到传统方法的10％，消耗费用仅为传统方法的35％。
小结
石油污染区域的微生物修复技术是一种新兴实 用的污染物治理技术, 具有投入低、效果好、 用的污染物治理技术 具有投入低、效果好、对环境 影响小的优点, 影响小的优点 但我们也应看到微生物修复的对象通 常是多相的、非均质的复杂系统, 涉及了微生物学、 常是多相的、非均质的复杂系统 涉及了微生物学、 生态学、工程学、水文学、化学等多学科的知识, 生态学、工程学、水文学、化学等多学科的知识 其 许多机理还不是很清楚。因此, 许多机理还不是很清楚。因此 有必要加强该领域的 研究。另外, 研究。另外 石油烃类的微生物降解是一个复杂的过 它的降解效率受多方面因素的限制, 程, 它的降解效率受多方面因素的限制 微生物的种 属、石油本身的物理状态和性质以及环境的因素都 可以影响微生物对石油污染物的降解。 可以影响微生物对石油污染物的降解。在进一步探 索微生物代谢烷烃类物质机理的基础上, 索微生物代谢烷烃类物质机理的基础上 利用微生物 的代谢作用处理污染区域的石油类物质将会更加经 济有效。 济有效。
Leabharlann Baidu 油 污 染 事 故
A、美国墨西哥湾漏油事故 2010.4 、
从4月20号，墨西哥湾钻井 平台爆炸时美国海岸警卫队 称“情况稳定”，到4月28日 油井日漏油量达到先前估计 的5倍且发现新的漏油点， 再到5月1日，“泄露”变成 “喷涌”，这起油井事故演变 成美国历史上最严重的海洋 污染事件之一。
原理
石油是链烷烃、环烷烃、芳香烃以及少量非烃化合物的复杂混合物, 石油的降解主要是微生物对石油中烃类物质的代谢,主要代谢途 径有: 1. 将石油烃分解为CO2 和H2O。 2. 将石油烃转化为微生物物质, 如, 蛋白质、氨基酸、脂类和多糖 等。 3. 将石油烃转化为其它物质, 如各种醇、苯酚、醛、脂肪酸等。 a. 通常正烷烃的生物降解是由氧化酶系统酶促作用进行的, 也可 以直接脱氢形成烯, 烯再进一步氧化成醇、醛, 最后形成脂肪酸; b. 链烷烃转化成为一种烷基过氧化氢, 然后直接转化为脂肪酸。有 的微生物还可以通过亚末端氧化, 形成仲醇, 再依次氧化成酮、 酯, 酯水解形成伯醇和脂肪酸, 再进一步氧化分解为CO2 和H2O。 一些微生物将烯烃代谢为不饱和脂肪酸, 并产生某些双键的位移 或产生甲基化, 形成带支链的脂肪酸, 再进行降解。 c. 环烷烃在石油馏分中占有大大比例, 是石油烃中难于受到微生物 攻击的烃类。环烷烃没有末端甲基, 它的生物降解原理和链烷烃 的亚末端氧化相似, 混合功能氧化酶氧化产生环烷醇, 然后脱氢 形成酮, 进一步氧化得到内酯, 或直接开环, 生成脂肪酸
微生物修复的原理
微生物修复是指通过微生物的矿化作用和共 代谢作用将有机污染物彻底分解为CO2、H2O 和简单的无机化合物如含氮化合物、含磷化合物、 含硫化合物等, 从而消除污染物质对环境的危害。
在石油烃的诱导下，微生物能分泌 出具有表面活性的物质，这些生物 表面活性剂分子含有亲水性基团和 长链疏水性基团，其中亲水部分为 单糖、聚糖、氨基酸、肽和磷酸等 基团[4]。当它吸附在两相界面上时， 亲水基朝向水相，疏水基朝向油相， 从而降低油水界面张力。随 着生物表面活性剂在水中浓度增大， 水相表面张力降低得很快，当它的 量达到某个值（临界胶束浓度cmc） 时，就形成胶束。胶束外部由亲水 基组成，内部是由疏水基形成的疏 水性内核（如图2所示），其可将疏 水性石油烃包裹起来，形成胶束态 石油烃，进而为微生物所摄取。