微生物降解在水体石油污染中的应用.doc

微生物降解在水体石油污染中的应用摘 要：石油污染已成为海洋环境的主要污染,对海洋及近岸生态环境造成严重的危害。微生物降解是去除海洋石油污染的主要途径。以下内容主要讲石油污染,石油污染治理方法，微生物降解，降解微生物的种类、生物降解机理。关键词：石油污染 微生物 降解 引 言 石油工业的飞速发展，为人类文明和社会进步做出了巨大的贡献。然而，在石油的开采、运输、储藏、加工过程由于意外事故或管理不当等原因使相当量的石油进人类环境给人类生存带来极大的危害。据报道，每年全世界原油进人环境有8106t，中国有6xl05t，对土壤、地下水、地表水和海洋产生了严重污染。因此，石油工业发展所带来的环境问题日益受到重视针对大面积污染的水体、土壤，专家们提出了物理、化学和生物治理技术，其中微生物治理技术以其操作简单、费用低廉、场地适应强等特点备受关注，本文将从石油污染、石油污染的治理方法微生物降解等方面作论述。1石油污染石油污染是指石油开采、运输、装卸、加工和使用过程中，由于泄漏和排放石油引起的污染，主要发生在海洋。石油漂浮在海面上，迅速扩散形成油膜，可通过扩散、蒸发、溶解、乳化、光降解以及生物降解和吸收等进行迁移、转化。油类可沾附在鱼鳃上，使鱼窒息，抑制水鸟产卵和孵化，破坏其羽毛的不透水性，降低水产品质量。油膜形成可阻碍水体的复氧作用，影响海洋浮游生物生长，破坏海洋生态平衡，此外还可破坏海滨风景，影响海滨美学价值。石油污染防治，除控制污染源，防止意外事故发生外，可通过围油栏、吸收材料、消油剂等进行处理海洋石油污染绝大部分来自人类活动，其中以船舶运输、海上油气开采，以及沿岸工业排污为主，由于石油产地与消费地分布不均，因此，世界年产石油的一半以上是通过油船在海上运输的，这就给占地球表面71%的海洋带来了油污染的威胁，特别是油轮相撞、海洋油田泄漏等突发性石油污染，更是给人类造成难以估量的损失。多达几十万吨的溢油，一旦进入海洋将形成大片油膜，这层油膜将大气与海水隔开，减弱了海面的风浪，妨碍空气中的氧溶解到海水中，使水中的氧减少，同时有相当部分的原油，将被海洋微生物消化分解成无机物，或者由海水中的氧进行氧化分解，这样，海水中的氧被大量消耗，使鱼类和其它生物难以生存。 1991年的海湾战争造成的输油管溢油，使200多万只海鸥丧生，许多鱼类和其它动植物也在劫难逃，一些珍贵的鱼种已经灭绝，美丽丰饶的波斯湾变成了一片死海，海洋石油污染对海洋生态系统的破坏是难以挽回的。2水体石油污染治理方法 （1）海洋、江河、湖泊水体治理 对海洋、江河、湖泊石油污染治理，目前仅限于化学破乳、氧化处理方法进行分解处理和机械物理的方法进行净化吸附。防止油水合二为一的唯一选择是喷洒清除剂，因为只有化学药剂才能使原油加速分解，形成能消散于水中的微小球状物。清除水面石油污染还有一些物理方法，如用抽吸机吸油，用水栅和撤沫器刮油，用油缆阻挡石油扩散。（2）而对收集上来的污水以及石油工厂排出来的石油污水采用生物处理法。生物处理法也称生化处理法。生物处理法是处理废水中应用最久、最广和相当有效的一种方法。它是利用自然界存在的各种微生物，将废水中有机物进行降解，达到废水净化的目的。3微生物降解法3.1微生物降解的定义 微生物降解是指微生物把有机物质转化成为简单无机物的现象。自然界中各种生物的排泄物及死体经微生物的分解作用转化为简单无机物,微生物还可降解人工合成有机化合物。而在石油降解中，微生物首先通过自身的代谢产生分解酶，裂解重质的烃类和原油，降低石油的黏度，另外在其生长繁殖过程中，能产生诸如溶剂、酶类、气体、表面活性剂和生物聚合物等有效化合物利于驱油，然后由其他的微生物进一步的氧化分解成为小分子从而达到降解的目的。3.2微生物降解的机理 由资料显示，美国亚持兰大大学发现某些酵母菌株天然存在于被石油污染的水中，其数量随油污染范围的扩大而增多，这表明它们是靠“吃”石油而繁殖的海洋微生物在完成海洋物质转化和元素循环中起着重大的作用。海洋石油降解细菌就是通过氧化环境中的油污来完成碳素循环，消除石油污染。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。石油的生物降解因其所含烃分子的类型和大小而异。链长度中等(C10-C24)的链烷最易降解，短链烷对许多微生物都有毒，不过它们通常很快从油中蒸发。很长的链烷对生物的抗性增强。从烃分子类型看，链烃比环烃易降解；不饱和烃比饱和烃易降解：直链烃比支链烃易降解，支链烷基越多，微生物越难降解，链末端有季碳原子时特别顽固：多环芳烃很难降解或不降解。具体来说就是：(1)微生物攻击链烷烃的末端甲基，氧化酶催化生成伯醇，再进一步氧化为醛和脂肪酸，脂肪酸接着通过氧化进一步代谢。 (2)有些微生物攻击链烷的次末端，在链内的碳原予上插入氧，生成仲醇后进一步氧化，生成酮，酮再代谢为酯，酯键裂解生成伯醇和脂肪酸。醇接着继续氧化成醛、羧酸，羧酸则通过氧化进一步代谢。 (3)不具备末端甲基的环烷烃由类似于上述次末端氧化的机制进行生物降解。 (4)芳香烃由加氧酶氧化而邻位或间位开环。邻位开环生成已二烯二酸，再氧化为酮已二酸，后者再氧化为三羧酸循环的中间产物琥珀酸和乙酰辅酶A。间位开环生成2一羟已二烯半醛酸，进一步代谢生成甲酸、乙醛和丙酮酸。 (5)多环芳烃的生物降解，先是一个环二羟基化、开环，进一步降解为丙酮酸和C02，然后第二个环以同样方式分解石油是链烷烃，环烷烃，芳香烃以及少量非烃化合物的复杂混合物。烷烃的代谢机理是脱氢作用，氢化作用和过氢化作用。通常正烷烃的生物降解是由氧化酶系统酶促成的，首先烷烃氧化成相应的伯醇，然后经由醛转化成脂肪酸，脂肪酸通过氧化降解成乙酰辅酶A后者进入三磷酸循环，分解成CO2和H2O，并释放出能量或进入其他过程。链烷烃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;或链烷烃氧化成为一种烷基过氧化氢，然后直接氧化成脂肪酸。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，酯水解成伯醇和脂肪酸，再进一步氧化分解。一些微生物能将烯烃代谢为不饱和的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。环烷烃在石油分馏中占较大的比较、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烃，然后脱氢形成酮，进一步氧化的内酯，或直接开环，生成脂肪酸。苯与短链烷基苯在脱氢酶及氧化还原酶的作用下，经二醇的中间代谢过程代谢成邻苯二酚和取代基邻苯二酚，后者可在邻位或间位处断裂，形成羧酸。4海洋中降解石油烃的微生物种类研究表明，海洋中存在着大量能够降解石油的微生物，这些微生物有200多种，分属于70个属，其中细菌40个属。能够降解石油烃的细菌有假单胞菌属，弧菌属，不动杆菌属，黄杆菌属，气单胞菌属，无色杆菌属，产碱杆菌属，肠杆菌科，棒杆菌属，节杆菌属，芽孢杆菌属，葡萄球菌属等5 微生物降解法优点：（1）其中微生物治理技术以其操作简单、费用低廉、场地适应强等特点备受关注（2）成本低、无二次污染、处理效果好，已成为修复石油污染的关键技术，具有显著的社会效益和环境效益。参考文献：【1】陈燕等.石油污染水体的生物修复J.水处理技术，2003，29(5):249一252.【2】史君贤，称忠元，胡锡钢.1997.海洋微生物对石油烃降解的研究1.浙江省海