海洋石油污染的降解

海洋石油污染降解问题 2011 年 12 月
化学海洋学论文
（读书报告）
海洋石油污染的生物修复

海洋石油污染的降解 ------生物修复
摘要:本文概述了影响石油污染物生物降解修复处理的多种因素,对石油污染生物 摘要 处理技术的发展进行了展望。其中主要影响因素包括:菌种的影响,菌种在不同的 环境中和对不同碳链长度的碳氢化合物表现出不同的降解效率;石油物质本身物 理化学特性的影响,如石油物质在水体或土壤中的浓度以及石油的粘度、沸点、 折射率等特性;生存环境条件的影响,在接种入高效率的降解菌或利用土著微生物 进行降解时,降解率受到生存环境中各种条件的影响,如表面活性剂、光照条件、 吸附剂的利用、营养盐、共代谢底物、氧气、温度、盐度等。 关 键 词:石油污染;生物修复;影响因素;降解率; 表面活性剂 油类是人类重要的生活必需品，也是最重要的能源和工业原料，特别是石油 有工业血液之称。随着经济和社会的迅速发展，油类及其制品广泛地应用于国民 经济的各个领域和人类的日常生活中，而且使用量与日俱增。在石油产量激增的 同时，油类在开采、储存、运输、加工和应用过程中的泄漏和排放对环境的污染 也日趋严重。 据统计， 世界上每年至少有 500-1000 万 t 油类物质通过各种途径进 入水体，流入海洋。油类污染物质已经成为水体的主要污染物之一。石油进入水 体后，造成水体污染，改变局部水生态环境，使水生生物死亡，给水资源、生物 资源和养殖、旅游业带来巨大损失，油类污染物对环境生态和人体健康的危害己 逐渐引起人们的关注。海洋溢油污染治理己被列入“21 世纪重大议程” ，含油污 水治理方法和技术也成为当今环境工作者研究的热点问题，近 10 年来我国将油 污染治理列入重点资助研究项目，对石油污染治理的研究，对环境科学、海洋化 学、海洋生物及海洋科学技术的发展有极大的促进作用。 自 1989 年 Alaska 发生原油泄漏事故后,人们对石油污染的生物修复进行了大 量的研究。生物修复即利用微生物能降解石油的特性达到修复石油污染的目的。 相对于物理化学处理,微生物修复有很多优点:经济花费少,仅为传统化学、物理修 复的 30%-50%;对环境影响很小,不产生二次污染;污染物可在原地被降解清除;修 复时间较短;处理操作简便。在实际的土壤石油污染和水体石油污染生物修复应 用中,已有大量研究肯定了其可行性。 一 在这里我们介绍了近年国内外对影响石油生物修复的重要因素的研究概况, 从石油生物修复过程理论上,探讨了有待进一步深入研究的加速石油生物修复的 因素。 1 生物因素——微生物的选种 自然界存在大量能降解石油的微生物,至少有 8 属细菌、6 属放线菌、6 属酵 母和 6 属霉菌。一种微生物往往对特定的石油成分有强的降解能力,因此,接种混 合的微生物群落,通过微生物间的协同作用,能更完全地降解石油，菌群的石油降

解率比单菌有大的提高。为得到高效的石油降解微生物,研究者做了大量的筛选 工作,获得了很多有效菌种(如下表)。
2 石油性质对生物修复的影响 2.1 石油浓度的影响 石油浓度对降解有很大影响,在石油物质浓度过高时,对微生物利用氧和其他 的营养盐产生一定的阻碍,Arco 等人发现随石油浓度的升高,最终的降解率逐渐降 低,降解率与石油浓度成负相关关系。可见,将被处理的石油物质浓度控制在一定 范围更有利于石油的生物处理。 2.2 石油的物理化学性质 不同地区所产石油的组分和物理化学性质有一定差异,这对微生物的降解也 存在影响。 3 生存环境条件的影响 3.1 表面活性剂 加入表面活性剂可以减小石油物质与水溶液间的界面张力,增加石油的溶解 性,使微生物和石油更有效的接触,加速石油的生物降解。许多研究表明,生物表面 活性剂在石油降解中也有很好的促进作用。 3.2 光照条件的影响 在有光照条件下,加速了石油物质的氧化,这有利于微生物对石油物质的降 解。Santas 发现紫外线增强时石油的降解率增加。 3.3 吸附剂的利用 有研究者利用吸附载体来吸附微生物和石油,达到“双重固定”以加速微生 物降解石油。吸附剂材料的选择和粒径的大小也是影响吸附作用的因素。 3.4 氮磷营养盐 石油物质为微生物的生长提供了充足碳源,但氮磷盐的供应成了微生物生长 的抑制因素。在实际应用中是将营养物制成含有氮、磷的亲油肥料,使它能与油 类保持结合,达到微生物的生长需要,从而加速石油的降解,其中氮源是含有尿素 的,磷源是三(4-月桂烷基)磷酸酯。 3.5 氧 气 由于石油在水表面形成油膜,氧的传递非常缓慢，在许多石油污染区，供氧

不足成为石油降解的制约因素,尽管在缺氧条件下,厌氧微生物能够利用 Mn5+,Fe3+,SO42-和 CO2 作为电子受体,但石油降解速率往往较低。如地下水的 溶解氧少,在受石油污染时,生物降解修复很慢,有人将地下水抽出,采用充氧回灌 的方法加强生物降解,取得很好的效果。 3.6 补充碳源的共代谢 Mudge 发现将植物油(大豆油、 菜子油)加入石油中,会加速石油的生物降解, 这一结果被认为是植物油中容易降解的脂肪酸为细菌提供了碳源,和石油物质产 生共代谢,加速了石油的降解。Hadhrami 等人发现加入蜜糖后的降解率升高为加 矿质肥料的 2 倍，投加葡萄糖也可以大大的提高石油的降解率。 3.7 温度、盐度的影响。 温度直接影响微生物的生长和降解活性,这与石油的降解密切相关。不同的 微生物有不同的最佳适应温度。 二 在石油的生物降解中,让菌充分与石油接触是石油降解的最大限制因素,生 物表面活性剂在石油的乳化和降解中起到重要的作用。 现在我们来具体介绍表面 活性剂与石油降解的关系。 降解过程中，烃类化合物的憎水性是微生物进行代谢、降解的主要障碍，因 为烃基质必须通过外层亲水细胞壁(膜)才能进入细胞内而被位于细胞质膜中的 烃降解酶所代谢。 细菌可以通过产生生物表面活性剂而促使烃类乳化并被动扩散 进入细胞内，从而被降解。因此微生物产生物表面活性剂对于石油烃类污染的降 解具有十分重要的意义。 在烷烃生物降解中，对烷烃的摄取过程，有人提出了三种不同模型的假设， 其中两种模型认为微生物释放生物表面活性剂与促进其烷烃摄取能力之间有着 密切的关系， 微生物合成该类生物表面活性剂的能力可以认为是烷烃被降解的一 个先决条件。 A.微生物细胞与溶解烷烃之间的相互作用模型----“单一扩散-溶解烷烃的摄
取”模型
B.微生物细胞与烷烃大颗粒之间的直接接触模型----“与大油滴的直接接 触”模型。在该模型中，生物表面活性剂促进的乳化作用使得烷烃液滴在水相中 分散并且增加两相之间的界面面积。 有很多报道表明利用烷烃生长的细胞对烷烃 有吸着倾向。此外，也有报道表明在烷烃基质中添加生物表面活性剂可以刺激微 生物的生长。 c.细胞与烷烃微滴之间的相互作用模型----“与细微油滴接触” 由上述几种假设模型可见，在利用微生物降解修复石油污染时，生物表面活