影响石油基润滑油生物降解的环境因素

摘 要 ：对近 年来影响石油基润滑 油生物 降解 的环境 因素进 行 了较为详细的总 结。着重介绍 了温度 、营养物 、氧 、表 面 活・－Ｉ Ｈ值 以及茵种等 因素对石 油基润 滑油生物 降解的影响。并对今 后润滑油生物降解的研 究进行 了展望。 Ｉ＃ 、ｐ ￣
关 键 词 ：生 物 降解 ；石 油基 润 滑 油 ；环 境 因素 中 图分 类 号 ：Ｘ ０ ５６ 文 献 标 识 码 ：Ａ
还 影 响微 生 物 的种 群 和 酶 活 性 ，对 于 控 制 石 油 烃 的 生 物 代
欧洲对绿色润滑剂 的使用 比较 重视 ，制 定 了相应 的法
规条例 。目前 ，德 国 ７ ％的链锯 油已被 可生物 降解 的产 品 ５ 取代 ，１ 的润滑脂也被取代 ，而且每 年 以 １ 的速 度递 Ｏ Ｏ 增一 。国外 一些公司 已开 发 出以植 物油 或合成 酯 为基础 油 的绿色润滑 剂产 品 ，而且 已商品化 。 相对 而言 ，国内对绿 色润 滑油 的研究 起步 比较 晚。２ Ｏ
中国材 料科技与设备 （ 双月 刊）
影响石油基润 滑油 生物降解 的环境因素
２ １ 年 ・ ２期 ０２ 第
影 响 石 油 基 润 滑 油 生 物 降解 的环 境 因 素
王九 ，陈波水 ，方建华
（ 勤 工 程 学 院 军事 油料 应 用 与 管 理 工 程 系 ，重 庆 后 ４１１） ０ ３ １
通讯联系 人： 陈波水， 教授， 博士生导师。 —ａ： ｈｎｏｈｉ ａｏ． Ｅｍ ｉ ｃｅ ｓｕ ｈｏｃ ｌ ｂ ＠ｙ ａ
ｈｔ ：／ｗ￣ ｃ ａｔｑｃｍ ・ ５・ ｔ ｐ ／ ｗ．ｒ ｓ ．ｏ ｎ ｅ １
２１ ０ ２年 ・ ２ 第 期
材料综述
中国材料科技与设备 （ 双月刊 ）
内降解 了 ５ ／ ｇ Ｉ原油 的 ８ ～８ ，而在 ４ ℃ 时 ，降解速 Ｏ ９ Ｏ 度降低 了 ３ ～４倍 。Ａｌ —Ｍａｈ ａｉ ］ ｇ ｒｂ 等分离 出 了两 株在 ４ ￣ ０
解 的环境 因素 。本文对 近几年有关 影响石 油基润 滑油生 物
降解的环境因素的研究成果进行总结 。
１ 影 响 润 滑 油 生 物 降 解 的 主 要 环 境 因 素
１ １温 度 ．
温度在控制微生物 新陈代谢 的性质 和过程 中起着 重要
作用 。石油烃类 物 质在环 境 中 的状 态 主要 受 温度 的影 响 ， 水溶性 的石油烃更 容易被微 生物细胞 接触降 解 ，同时 温度
漠样品 ，发现 了嗜 热的 原油 利用 细菌 ，浓 度 为 ３ ０ ～ １ ×１。
的生 物降解性能 。因此 ，润滑油 生物 降解方 面 的研 究逐 渐
从筛选 和合成基础油 、添 加剂转 向研究 影响 润滑油 生物 降
×１ 个／ 。分离 出 的 ３ ８株 细菌都 属 于杆 菌属 ，其 中主 ０ ｇ ６
０ 引 言
作为绿 色润滑油非常重要 的一个性能指标一 生物 降解 ， 国 内外相关科研人员 对石 油基润 滑油 的生物 降解性能 进行 了大量的研究 。润滑 油的生 物降解性 是其 生态效 应最 主要 的指标 ，以一定条件 下 、一定 时间 内润滑 剂被 生物降 解 的 百 分率来衡量ｌ 。 １ ］
些生物降解润 滑油产 品 பைடு நூலகம்随着研 究 的不断深 入 ，人 们发
现在 实 验 室 评 价 为 生 物 降 解 性 能 较 好 的 润 滑 油 ，进 入 环 境
后其 生物降解性能 与实验 室评价存 在着偏 差 ，有 时这 种偏
差还 比较大 。这主要是 由于实 验室评 价润 滑油生 物降解 性
能是在规 定的条件下 （ 氧气含量及 流速 、温度 、营养物等 ） 进行 的 。但生物难降解 性不是 化合 物 的固有特 性 ，而是 与 环境状 态密切相关 。润 滑油进 入环境 后 ，其 生物 降解性 能
有 效 的 催 化 反 应 酶 ， 主 动 运 送 物 质 的 功 能 运 转 良好 ，使 之
氮元素和磷元素影 响细菌生 长繁殖 ，而微生 物对溶 解
态 的物 质 容 易 吸 收 ， 而 润 滑 油 基 础 油 的 水 溶 性 很 小 ，故 近
年来润 滑油 生物 降解 研究致力 于开发 亲油性 的新型氮 源 和 磷 源 ，使其在水体 中附着于石 油烃类物 质而维 持菌体 的持
解，其主要 因素为氨基酸对降解 的促进作用 。谷 氨酸 、脯氨
油 中 生长 。它 们 的最 优 生 长 条 件 ：温 度 ６ ～ ８℃ ，原 油 含 Ｏ ０
量 １ ，盐含量 ２ 。而 向延生等［］ Ｏ １ 研究 了高温油藏 条件 １
（ 藏 温 度 一 般 在 ４ ～ １０ ，压 力 在 几 兆 帕 到 数 十 兆 帕 ， 油 Ｏ ８℃
正 日益 活 跃 。
之间 。极 端嗜热菌和超 嗜热菌的最佳生 长温度分别 为 ７ ４ ０
８ ℃ 和 ８ ℃ 以 上 。在深 海 和 冻 土 地 区 等 地 方 ，存 在 一 些 嗜 Ｏ Ｏ
冷的微生物 。这些 嗜冷 的微 生物能 在 ０ ＂ Ｃ左右 的温度 条件 下生长 ，一般最佳生长 温度 为≤ ｌ ℃ ，在 ２ ℃ 以上时不能 ５ Ｏ
谢有重要作用【 。温度 的主要影 响体现 在两 个方 面：一是 ７ ］
可 以影 响 降 解 菌 的 生 长 速 度 、酶 活 性 和 微 生 物 种 群 ； 二 是 影响润滑油的理化性能 。
世纪 ８ Ｏ年代后才开展绿色润 滑油 的研究 。 目前 ，兰州化 学
物理研究所 、后 勤工程 学院 、上 海大 学 、上海 交通 大学 等 研究机构分别在 绿色润 滑油 的基础油 、添加剂 及其 改性 等 方 面 进 行 了一 些 有 价 值 的 研 究 工 作 Ｌ 一 开 展 了 通 过 化 学 ３ 。
酸、赖氨酸、缬氨酸及亮氨酸的混合物对降解菌的代谢促进作
用最好，其 中赖氨酸 与脯 氨酸 为关键 的 ２种 氨基酸 。陈燕
等 对 无 机 磷 源 Ｎａ Ｐ Ｈｚ Ｏ 、ＮＨ Ｐ 、 ＫＨ２ （ Ｈ２ Ｏ４ Ｐ ） 含 １及
矿化度达 ２ 以上）下 ，硫酸盐还原菌 具有降解 石油烃 的 Ｏ 能力 。Ｒ ｚｎ ｖ 和 Ｂ ｒｅｋ ｖ等¨］ ｏａ ｏ ａ ｏｚｎ ｏ １在越 南 白虎高温油 田水 样 、油样 中发现一种能在 ９ ℃下生 长的硫酸 盐还原 菌 ，对 Ｏ 石油烃也有一定 的降解作用 。 目前 筛选 到的硫酸 盐还原 菌
受 到 各 种 环 境 因 素 的 影 响 ，环 境 状 态 的 改 变 会 影 响 润 滑 油
西海岸线和科威特 沙漠受 到原油污染 。阿拉伯海 湾夏 季温
度一般超过 ５ ℃ ，污染发生 次年后 ，油层上 方发现蓝 细菌 Ｏ
团［ 。。Ｓ ｒ ｈ ｈ。 研 究 了来 自科 威 特 被 污 染 地 区 的 多 个 沙 ｏｋ ｏ Ｅ 等 一
还 有 致 黑 脱 硫 肠 状 菌 ， 最 佳 生 长 温 度 为 ６ ℃ ，在 ０ １ Ｏ ． Ｎ Ｃ１中具 最 佳 生 长 状 态 ，能 耐受 ４ Ｎａ Ｉ 硫 状 菌 属 在 ａ Ｃ ，脱 Ｎａ ｌ 度 ０ ５ ｇ Ｌ Ｃ浓 ￣ ０ ／ ，温 度 ４ ￣ ６℃ 时 生 长 Ｌ 。 ５ ５ １ 由于 某 些 对 微 生 物 有 毒 害 的 低 分 子 量 石 油 烃 类 在 低 温
洋生态 系统 中，石油烃类物质 的许多组分能够被生物降解 ，
其 中本 源微 生物起 了重要 作用 ，特别是 嗜 冷菌 。在石 油污 染事件发生后 ，石油烃降解菌 的数量在短时 间内显著增加 ， 表明嗜冷菌很快适应 了污染 ，并开 始降解 石油烃 。低 温条 件下 ，物质的黏度会升 高 ，溶 解性 降低 ，从 而影响 其生 物 可用性 。而嗜冷微生物在低 温下 生长的原 因在于其 具备 更
三 丁 酯 对 生 物 难 降 解 矿 物 油 、聚 烯 烃 Ｐ ＡＯ一 １ 生 物 降 解 ０的 性 能 的影 响 。结 果 表 明 ，磷 、 氮 化 合 物 可 明 显 促 进 生 物 难 降 解 润 滑 油 的生 物 降 解 。何 良菊 等瞳 ＿ ｌ的研 究 结 果 表 明 ，只
下难挥发 ，对石油烃类 的降解有一 定 的抑制作 用 ，所 以低 温下石油烃类较难 降解 。但据报 道 ，在许 多冷 的陆地 和海
要 是 嗜 高 温 菌 属 。两 株 在 它 们 的 最 优 生 长 温 度 ６ ￣ ，５ ０ Ｃ时 ｄ
基金项 目：国家 自 然科学基金资助项 目 （０ ７ ２ ２ ，重庆市科技攻关项 目 （ Ｓ Ｃ，２ １Ａ ６４ ） ５９５８ ） ＣＴ ０１ＣＯ１
＊作 者 简 介 ：王 九 （９ １ ） １７ 一 ，男 ，副 教 授 ，主 要 从 事 绿 色 润 滑 剂 及 再 生 能 源 方 面 的研 究 。 Ｅｍａ ：ｗａ ｇｉ８ ８ ｓｈ ． ｏ ； － ｉ ｌ ｎｊ ８ ＠ ｏ ｕ ｃｒ ｕ ｎ
方 法 对 植 物 油进 行 抗 氧 化 性 方 面 改 性 ；针 对 植 物 油 的 分 子
研究发现 ，石油烃类 的微 生物降 解可在 很大 的温度 范
围内 （ ￣７ ℃）发生 ，但大多数微生物在常温下较易 降解 ０ ０
石油烃类 。最佳生长温度在 ４ ￣ ０Ｃ以上 的微生物被 称为 嗜热
续 生长。
能有效地集 中必须 的营养物质 。例如 １８ 年靠近北极 的阿 ９９ 拉斯加发生原油泄 露事故 ，事 故发生后 ，很快 就发现石 油 烃 降解 菌的 数量 增 加 了约 １ Ｏ倍 ，石 油 烃迅 速 被 降解［ １ 。
Ｗ ｈ ｔ 等 在 加 拿 大 被 石 油 污 染 的土 壤 中 发 现 大 量 的 嗜 冷 ｙｅ
菌 ，大 多 数 嗜 热 菌 是 中 温 菌 ，生 长 的 上 限 温 度 在 ５ ～ ７ ℃ Ｏ Ｏ
结构特点及摩擦化 学反应 机理 ，开 发适用 于植 物油 的生物
降 解 添 加 剂 ；另 外 还 进 行 了 生 物 降 解 基 础 油 与 各 种 添 加 剂 的 相 容 性 研 究 等 。从 研 究 现 状 看 ， 我 国 在 这 一 领 域 的 研 究
生长。
目前 ，国内外有关生 物降解 润滑 油 的主要研 究集 中于 研 究润滑油基础油及 添加 剂的生 物降解性 能 ，并 开发 出 了
一
高温条件会 导致石 油烃类 物质黏 度下 降 ，从 而使 烃类 物质 分散 度增 加 ，与微生物 接触面增 大 ，生 物降解 速度加 快 。另一方 面 ，高温 条件下 ，物质 的溶解度 提高 ，从 而提 高生物可利用性和新 陈代谢 的机率 。比如 １ ９ 年 的海湾战 ９１ 争造成科威特 １０万 Ｔ３左右 的原 油泄漏 ，使阿 拉伯 海湾 ０ ｎ
～
１ｍｇ・Ｚ ５ Ｉ 左右 ，添 加 比例 在 ５ ～７ ：１ ：１之 间 比较 适 宜 。吴
仁人等 ］ Ｂ 通过烷烃降解菌一洋葱伯克霍 尔德 氏菌对烃类的生
４ ℃降 解 原 油 的 嗜热 杆 菌 ，其 中一 株 在 ８ ℃ 时 还 能 在 原 ５ Ｏ
物降解性能的考察发现，酵母浸膏能促进其对正十六烷的降
磷 丰富的有机磷 源 玉 米浆 （ 含磷 １４ ） ． ５ 、酵母 膏 （ 含磷
１ ６ ％ ）进 行 实 验 ， 采 用 Ｎ ｉｚ Ｏ 、 ＮＨ Ｐ ） 玉 米 ．０ ａ Ｐ４ ｌ Ｈ２ （ ４及
浆 时煤 油烃 的 降解 效果 良好 ，其 中 以 Ｎａ Ｐ Ｚ 为最 好 。 Ｈｚ （ 陈波水等ｉ一 加 研究 了磷氮化脂肪 酸 、酰胺化脂肪 酸以及磷 酸
有 ５ ６ ：１ ． ７ 的氮 、磷元素 添加 比例与 细胞 中氮 、磷元 素 比
例接近 。只有 调整好 微 生物 的各 种必需 营养元 素 的数 量 、 形式和 比例 ，才能使 降解过 程得 以顺 利进 行 。这些 元素包
括 Ｎ、Ｐ、Ｋ、Ｎａ 、Ｃ 、Ｍｇ ｅ 、Ｓ ａ 、Ｆ 、Ｍｎ ｎ和 Ｃ 。厌 氧 、Ｚ ｕ 菌 必 需 的 微 量 元 素 包 括 Ｎｉ Ｃ 。 和 ｏ