现代生物修复新技术在石油污染中的应用

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date现代生物修复新技术在石油污染中的应用现代生物修复新技术在石油污染中的应用 淮 阴 工 学 院环境生物技术大作业作 者:沈威学 号：1091602221学 院:生化学院专 业:生物109（2）题 目:现代生物修复新技术在石油污染中的应用任课教师： 王朝宇 摘 要石油是现代社会的重要能源，被称作“工业的血液”和“黑色的金子”。石油工业在国民经济中也占有十分重要的地位, 是

2、国家综合国力的重要组成部分。但是，在石油的开采过程中难免在不同程度上会造成对环境的污染，不仅有对土壤的污染，还有对海洋水体的污染。本文就这些问题介绍了石油污染修复的现状和生物修复的方法，讨论生物修复技术的影响因素和发展前景。关键词：石油污染；生物修复技术；应用；前景Abstract: Petroleum is an important energy of modern society, which is called “industrial blood” and “black gold” .The oil industry also has very important position in

3、 the national economy, which is an important part of the countrys comprehensive national strength. However, in the oil extraction process, it is inevitably will cause pollution to the environment in varying degrees not only the damage to soil, but also to the ocean.This paper introduces the problems

4、 of the present situation of oil pollution and biological repair method, including a discussion of the influence factors and development prospect of bioremediation technology.Keywords: petroleum pollution; bioremediation; application; development prospect1 引言在石油生产、贮运，炼制加工及使用过程中，由于井喷、泄漏、检修等导致石油烃的溢出、泄

5、露和排放而污染土壤。原油及其副产品对土壤中微生物、植物及人类有很大的危害1。海洋开采作业中，不合理的作业方式和装置检修以及海上运输的偶然事件也会造成石油进入水体，短时间内难以降解，石油烃类化合物增大了水体的碳含量，危害水体生态系统。石油中的难降解化学物质（如苯、甲苯、酚类等）可以通过食物链进入人体，引起急慢性中毒，损伤中枢神经2。石油中的多环芳烃类物质会影响皮肤、肝、肾等器官的正常功能，甚至会引发皮肤癌。因此，石油污染修复显得至关重要。本文就生物修复技术治理石油污染的几种方法展开描述，并对未来发展进行了展望。2 生物修复2.1 生物修复原理生物修复技术是利用生物体（尤其是微生物）或其制品降解污

6、染物，减少毒性或转化为无毒产品，富集和固定有毒物质的环境生物技术，大尺度生物修复技术还包括生态系统调控等。在石油污染水体生物修复的过程中通过接种特定的石油降解菌、添加营养物或表面活性剂、提供电子受体和共代谢底物及优化处理条件等，可以强化环境中土著微生物自发降解石油污染物的进程。土壤修复中的降解效率可以通过改变土壤理化条件(包括温度、湿度、pH值、供氧量及营养添加等)来完成。也可接种特殊驯化与构件的工程微生物提高降解速率。在生物修复中首先须考虑适宜微生物的来源及其应用技术。其次，生物的代谢活动需在适宜的环境条件下才能进行，而天然污染的环境中条件往往较为恶劣，因此必须人为提供适于微生物起作用的条件

7、，以强化微生物对污染环境的修复作用3 4。2.2 石油污染的生物修复方式2.2.1 生物通风处理法 生物通风法就是向亚表层供给空气或氧气，促进不饱和层中污染物降解的技术。具体可以向不饱和层打井，通气井的数量和井间距和供氧速率根据污染分布和类型而决定。该技术将土壤中二氧化碳赶出，通入氧气，有利于微生物的降解作用。生物通风系统就是为了改变土壤中的气体成分而设计的生物通风法常用于由地下油罐泄漏造成的轻度污染土壤的生物修复5。2.2.2 生物培养技术 这是一种直接利用土壤中的土著微生物实现生物修复的处理方法定期向污染土壤中投放营养物质和氧或水作为电子受体，来满足环境中的降解菌生长繁殖需要从而提高土著微

8、生物的活性，将污染物转化成二氧化碳和水6。2.2.3 投茵法 直接向被石油污染土壤中接人外源的污染降解菌，同时提供这些微生物生长所需要的营养物质，包括氮、磷、硫、钾、钙、镁、铁、锰等元素。其中氮和磷是土壤微生物修复治理系统中最主要的营养元素，微生物生长所需要的碳、氮、磷质量比大约为120：10：17 8。2.2.4 生物反应器型泥浆处理其主要特点是以水为处理介质将污染的土壤挖出筛后分散于水中，送入接种有微生物的反应器内处理。此法类似于污水的处理方法，达到处理目标后，将土壤排出，脱水后将土壤运回原地。处理的出水可循环使用，也可视水质情况直接排放或送污水处理厂9。生物泥浆反应器具体的工作流程是,将

9、挖出的土壤进行预筛，去除大块的部分。把土壤撒在水中,重量浓度为20%50% ,最后送入生物反应器。生物反应器可在好氧和厌氧环境下运行,当需氧时,通过喷嘴吹入氧气或压缩空气,直至达到处理任务后,回填到被污染土壤中。生物泥浆能够增强微生物降解种群的营养物-电子受体及其它添加物的效力,从而使油田污染微生物降解种群达到最高的降解效率。2.2.5 生物冲淋法 生物冲淋法也叫做液体供给系统，将含氧和营养物质的水补充到亚表层，有效的促进了土壤和地下水中污染物的生物降解。此方法大多用在各种石油污染治理中，氧气可用空气或用纯氧喷射供给，也可以加入过氧化氢或硝酸盐、硫酸盐和三价铁作为电子受体10。2.2.6 预制

10、床法在不泄漏的平台上铺上石子和沙子，平铺污染土壤1530 cm于其上，加入适量的营养物质和水，也可加入一些表面活性剂。定期翻动土壤以补充氧气，满足土壤中微生物生长的需要。将处理过程中流出的渗滤液回灌于该层土壤上，以便彻底清除污染物。但是这种方法存在着污染土壤的集中运输、操作复杂且成本较高等问题，不适于污染环境较大的地区的处理11。2.3 生物修复新技术研究 对于微生物对石油烃污染物的生物降解的研究，国外的研究比较成熟，美国等国家已经可以将此项生物技术应用到现场修复。我国起步较晚，这方面成熟的研究并不多，下面就几个研究方面作简单说明。2.3.1石油分解菌的研究石油高效分解菌不仅要能克服石油烃的毒

11、性生长，还要能利用石油烃成为其生长和代谢的底物12。基于“生态选择”以及微生物生态学的考虑，存在于污染现场的微生物能逐渐改变自身的条件，通过形成诱导酶以适应新的环境。因此，可以通过分析污染土壤中微生物群落，筛选污染物的高效降解菌种。对分离筛选出的土著微生物进行突变或基因改造，使其降解特性得到加强，特异性变强。2.3.2 石油烃的乳化及生物乳化剂 石油烃在水中的溶解度非常小，难以提供足够的碳源和能量来维持微生物的生长繁殖，为此微生物进化出了两种对策以提高与烃类的接触: 特异性的附着机制和烃类的乳化。前一种机制中，微生物通过菌毛或细胞膜表面的脂类或蛋白使细胞形成疏水表面而附着于水中的油滴上。后一种

12、机制中，微生物可释放出乳化剂使油滴乳化成许多细小颗粒，以增大油滴可利用的表面积，有利于微生物的直接接触和利用13。许多石油降解菌能分泌生物表面活性剂，按分子量的大小分类14 15，主要分为： 低分子量生物表面活性剂，比如糖脂和脂肽。它们能高效地降低界面张力，且有很好的乳化性能。 高分子量生物表面活性剂，是一种高效生物乳化剂，但不能降低界面张力。如黄原胶，结冷胶、生物分散剂和胞外多糖。2.3.3 新型氮源和磷源的研究 氮源和磷源是微生物降解烃类物质的限制的因子，氮和磷元素影响着细菌的生长繁殖。因微生物对溶解态的物质容易吸收，而石油污染物在水中的溶解度很小，近年来生物修复的研究致力于开发亲油性的新

13、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续生长。在土壤环境中，也在研究添加适当的氮和磷物质以达到更好的降解效果。2.3.4 有强化作用的同生茵群的培养混合培养菌的降解效果明显高于单株培养菌，这种具有协同降解作用的微生物群为同生菌群。对于微生物间的相互作用，目前的研究主要集中于多种微生物对底物的协同代谢上。对于底物间的相互作用，研究较多的是共代谢作用16和备用物现象。研究表明一些难降解有机污染物只有在微生物的共代谢作用下才能被分解，而且多株菌种的联合处理比单一菌种降解效果好，但是目前对于具有协同关系的菌种的筛选和组合还是一个随机的过程，其协同作用的机理还没有研究完全研究清晰17

14、。清华大学提出利用真菌和细菌在生长以及对石油烃降解途径方面的互补性，构建了以细菌和真菌组成的真菌一细菌混合菌剂，大大提高石油烃的生物降解18。结论石油污染修复技术按其操作原理大致可分为三类：物理法、化学法和生物法。物理法包括挖掘填埋、气提吹脱、电解、洗涤和隔离控制等。化学法包括化学氧化、光化学氧化、热分解、萃取和化学栅法等。但是物理和化学法的主要问题是费用昂贵并可能存在严重的二次污染 。生物法主要依靠微生物对石油烃类的同化降解作用使其最终矿化，转化成二氧化碳和水，降解效率受温度、pH值、供氧量及营养添加等因素影响。其主要有以下优点：(1)费用低。如污染土壤生化治理费用约为焚烧处理的1 /2。(

15、2)对环境影响低,无二次污染,生化治理最终产物为二氧化碳、水和脂肪酸,对人类无害。(3)处理效果好。经过生化处理,污染物残留量可达到很低水平。(4)不破坏植物生长所需要的土壤环境。 (5)可以就地处理,避免了技术过程的二次污染,节约了处理费用。就我国石油污染现状和治理情况而言，生物修复法很适合我国国情，值得大力推广。低费用、高效率的生物修复技术具有很大的社会需求,将会产生巨大的环境效益、社会效益和经济效益，具有广阔的发展前景。目前的主要研究方面包括低温条件下筛选高效石油降解菌；基因工程技术构建高效降解菌；筛选高效生物表面活性剂。而石油污染难以解决的原因主要是石油成分复杂，其中所含多环芳烃种类繁

16、多，分子结构及构象复杂，生物效应缓慢，降解慢。降解过程复杂，各方面研究不成熟，从实验室应用到现场的难度大也使得石油污染问题迟迟难有很好的解决方案。目前，生物修复是最主要的石油污染修复技术，其可单独使用，也可与物理、化学技术相结合，以得到更好的处理效果。这种多方面结合的综合治理方法，将是未来石油污染治理的主流，随研究的深入，将对环境保护和石油工业的发展产生深远的影响。 参考文献1 Vaajasaari K,Joutti A, Schultz E, etal. Comparisons of terrestrial and aquatic bioassays for oil-contaminated

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