石油污染土壤生物解决方案

石油污染土壤生物解决方案，石油污染中国的现状，从中国油田开始以来，含油污泥的管理目标不明确，担心落实现状，频繁发生实地调查和报道，有关资料显示，2010年、2011年、2012年中国大陆石油污染后的含油污泥、砂土、钻井屑等为1000万吨/近年来(海上污染史无前例)，沿海污染、内陆污染淤泥被掩埋后，石油污染现状污染严重，石油降解菌的来源，随着经济和社会的快速发展，石油及其产品广泛应用于国民经济的各个领域和人类的日常生活，且使用量日益增加。 随着石油产量的激增，石油在开发、储藏、运输、加工和应用过程中的流失和排放加剧了环境污染。 鉴于石油污染危害的严重性，世界各国陆续开发和开发了一系列石油污染治理技术。 主要包括物理、化学、生物等方法。 生物修复是最近发展的环境净化低投资、高效益、应用容易、发展潜力大的新技术。 微生物降解法的原理是利用微生物将烃类降解成对环境无害的产物CO2和H2O，具有安全、效果好、费用低、处理彻底、无二次污染等优点，经济效益和环境效益充分，是解决复杂环境污染问题的最有效手段。 美国墨西哥湾原油泄漏事故、美国墨西哥湾原油泄漏事故、渤海原油泄漏事故、石油降解菌研究方向、石油降解菌研究、国内外重点不同。 国外主要研究微生物降解原油和芳烃的效率，微生物降解芳烃的机理。 国内主要研究石油降解菌的筛选和降解菌对原油的降解效率，进行降解菌对石油污染土壤的模拟修复试验。 关于石油分解菌的种类，国外从20世纪40年代开始开展了关于细菌对油污的分解的研究。 这项研究开始得早，所以获得的种类很丰富。 已知分解石油的微生物有70属200多种。 细菌28属，霉菌30属，酵母12属。 石油降解菌的分离筛选，石油降解菌一般从被石油污染的土壤、水中分离筛选。 但为了进一步的应用，驯化也必须进行。 根据研究的目的和要求，筛选时多能控制不同的条件，得到不同功能的菌落。 当然，最多的是根据基质的不同筛选菌种，以链烷为基质筛选的菌落，链烷的去除效率高，链烷对芳香族烃容易分解，因此大部分石油分解菌对链烷的分解效果高。 以48小时为培养周期得到：以链烷为基质，不动细菌属菌株分解率达69%，芽孢杆菌属菌株分解率达71%，假单胞菌属分解率达73%。 以环烷烃为基质，得到不动菌属和芽孢杆菌属菌株，石油分解率为67%。 研究最多的是以原油为基质的筛选。 目前，这类报道已经很多，而且培育了很多高效降解菌，大部分效率超过30%，部分超过70%。 但是，为了得到抵抗性良好的菌种，需要在极端的环境下进行采样，进行分离筛选。 石油降解菌降解机理研究表明，石油烃在微生物表面的吸附和微生物细胞膜中输送的石油烃在水中的溶解度小，易于吸附在土壤颗粒上，不易直接被微生物利用。 环境中存在的表面活性剂对石油烃有一定的溶解和分散作用，为微生物吸附石油烃做出了贡献。 微生物还通过自身的适应机制，提高对比利用率。与此相对，目前，特异性附着机制的微生物通过菌毛或细胞膜的脂质和蛋白质使细胞成为疏水表面而附着在水中的油滴上，另一种是烃系乳化机制的微生物释放乳化剂使油滴乳化为小粒子，增大油滴的表面积，有利于微生物的直接接触和利用， 石油烃在微生物细胞膜上的运输是微生物降解的重要环节，但石油烃如何通过细胞膜还不清楚。 目前跨膜转运理论主要有被动转运和主动转运两种。 但是，微生物自身产生的生物表面活性剂也会改变微生物的细胞膜结构，大大增加污染物通过细胞膜的机会。 研究表明，某些表面活性剂聚集在微生物细胞膜表面，有些嵌入细胞膜，在细胞膜表面形成沟道状结构，易通过细胞膜进入细胞内。 阳离子表面活性剂的红细胞表面带有负电荷，阳离子表面活性剂通过静电作用吸附在其表面，提示除磷脂溶解外还有介入细胞膜溶解的机制。 阳离子表面活性剂作用于磷脂，分离它们和蛋白质，引起细胞膜的溶解。 阴离子表面活性剂阴离子表面活性剂虽然不能通过静电作用吸附在细胞膜表面，但具有长链疏水基团的表面活性剂可以抵抗与细胞膜之间的静电排斥力而吸附在表面，其作用机理可能通过离子和疏水结合作用吸附在膜蛋白质上，改变蛋白质的结构会导致细胞膜溶解。 阳离子表面活性剂溶解磷脂的能力是阴离子表面活性剂的10倍，但具有长链烃的阴离子表面活性剂比阳离子表面活性剂的溶解效率高。 一些非离子表面活性剂以TritonX-100为代表，具有较强的溶解能力，对非离子表面活性剂的吸附和溶解机理尚不十分清楚。 Sasaki等人报告，具有巨大亲水基团的表面活性剂位于脂质层侧，但具有小亲水基团的表面活性剂可以透过脂质层，表面活性剂浓度升高时，具有巨大亲水基团的表面活性剂与脂质膜上的磷脂形成胶质粒子，溶解脂质，因此非离子表面活性剂可以通过红细胞膜， 石油烃类微生物降解途径微生物对石油的降解作用具有选择性，优先消耗碳链长度为中等(C10-c24 )的正链烷烃类分子， 其规则是：小于或等于c10的直链烷烃c10-c24的直链烷烃单环芳烃环烷烃多环芳烃，同种烃中的分子量越大分解越慢，饱和烃由于微生物的作用，直链烷烃首先被氧化成醇， 醇在脱氢酶的作用下被氧化为相应的醛，之后在醛脱氢酶的作用下被氧化为脂肪酸，转化为相应的脂肪酸后，一个直接经历下一个氧化序列，形成羧基脱落两个碳原子，另一个是， 脂肪酸首先被-羟基化成-羟基脂肪酸后，由于非特异性羟化酶的影响被二羧酸氧化，最后经历-氧化序列。 脂肪酸通过氧化分解为乙酰coa，后者进入三羧酸循环，分解为CO2和H2O释放能量，或进入其他生化过程。 脂肪酸的氧化可分为活化、转移、氧化三个阶段1 .脂肪酸的活化葡萄糖一样，脂肪酸参与代谢前必须活化。 其活化形式为硫酯脂肪酸酰基CoA，催化脂肪酸活化的酶为脂肪酸酰基CoA合成酶。 活化后生成的酰基CoA极性增强，易溶于水的分子中是高能键、性质活跃的酶的特异基质，与酶的亲和力大，易参与反应。 57348； 酰基CoA合成酶又称硫激酶，分布于细胞浆中线粒体膜和内质视网膜。细胞浆料中硫激酶催化剂中短链脂肪酸的活化； 内质视网膜上的酶活化长链脂肪酸，生成酰基CoA，进入内质网用于甘油三酯合成的线粒体膜上的酶活化的长链酰基CoA进入线粒体进入氧化，2 .酰基CoA是线粒体催化脂肪酸氧化的酶系进入线粒体基质长链酰基CoA不能自由通过线粒体内膜，进入线粒体基质需要载体转运，该载体为肉碱3 -羟基-4-三甲胺丁酸。 长链脂肪酸酰基CoA与肉碱反应，生成CoA与肉碱的肉碱，肉碱的3-羟基通过酯键与脂肪酰基结合。 催化该反应的酶是肉碱酸酰基转移酶。 线粒体内膜内外两侧均有该酶，为同工酶，分别称为肉碱酰基转移酶I和肉碱酰基转移酶ii。 酶I将细胞浆的酰基CoA转化为CoA和多酸肉碱，后者进入线粒体内膜。 线粒体内膜内侧的酶转化为脂肪酸-氧化酶类基质脂肪酸酰基的肉碱和肉碱CoA，肉碱再次发挥其载体功能，肉碱CoA进入线粒体基质。 3.-氧化反应过程中酰基CoA在线粒体基质中进入氧化，经过脱氢、加水、再脱氢和硫分解，生成单分子乙酰基CoA和一个碳少的新酰基CoA。 第一阶段脱氢(dehydrogenation )反应被酰基CoA脱氢酶活化，辅助基为FAD，酰基CoA从和的碳原子分别脱离1个氢原子，生成具有反式双键的，-烯基脂肪酶a。 第二阶段加水(hydration )反应由丙烯酰基CoA氢化酶催化，生成具有L-序列的-羟基CoA。 第三阶段脱氢反应是在-羟基脂肪酸酰基CoA脱水酶(辅酶为NAD )的催化下将-羟基脂肪酸酰基CoA脱氢生成酮CoA。 第四阶段硫分解反应由-酮硫分解酶催化，-酮酯CoA在和碳原子之间断链，加入1分子的CoA生成乙酰CoA和1个碳原子少的酰基CoA。 另外，奇数脂肪酸的话，最后可以得到丙酰基CoA。 有两条代谢途径。 一个是转化成琥珀酸CoA进入TCR。 一是转化为乙酰CoA进入TCR。 第二种方法在微生物中很普遍。 脂肪酸还有氧化途径和氧化途径。 -氧化、脂肪酸在微粒体中通过过氧化物酶和羧化酶催化生成-羟基脂肪酸或碳原子数1个脂肪酸，-氧化参与末端甲基的羟基化，生成一元醇，接着氧化为醛，氧化为羧酸。 首先，脂肪酸的-碳原子羟基化生成-羧酸脂肪酸，用-醛脂肪酸生成-二羧酸，然后，在-末端或-末端活化，进入线粒体-氧化，最后生成琥珀酸CoA。 微生物降解支链烷烃的机理基本与直链烷烃一致。 对于正构烷烃，支链的存在增加了微生物氧化分解的阻力，主要的氧化分解部位发生在直链上，而且靠近侧链的一端难以发生氧化反应。 支链烷烃的分解可以通过-氧化、-氧化或-碱去除途径进行。 总之，含有支链结构的烃类的分解速度比相同碳原子数的直链烃类慢是因为烷烃的支链降低分解速度，环烷烃在石油馏分中所占的比例大，所以首先利用混合功能的氧化酶(羟化酶)将环烷醇氧化，之后进行脱氢而得到酮，进一步进行氧化真菌和细菌降解石油烃类化合物可形成具有不同立体化学构型的中间产物. 真菌将石油烃类化合物分解成反式二醇，细菌几乎将其分解成反式二醇，环烷烃中以环己烷和环戊烷为主，无末端烷基环烷烃，其生物降解原理与石蜡的二次末端氧化相似。 首先，混合功能氧化酶(羟化酶)，将环烷醇氧化，然后将酮脱氢，再将内酯氧化，或者直接开环生成脂肪酸。以环丙烷为例，其生物降解机理为：混合功能氧化酶的羟基化作用生成环丙醇，后者将酮脱氢，进一步氧化，一个氧插入环中生成内酯，内酯开环，一端羟基氧化为醛基，进一步氧化为羧基对于烷基取代环烷烃存在的微生物分解，其生物分解途径与无取代基的环烷烃相同，环打开后，用支链脂肪酸分解。 大多数研究表明，能氧化环烷烃的微生物不能在环烷烃上生长。 常见的是，能够将环烷烃转化成环烷烃的微生物不能内酯化和开环，但不能将环烷烃转化成环烷烃。 环己烷的彻底矿化需要大量的微生物和大量的酶系统。 环烷烃在共代谢作用下分解，证实环己烷、丙烷和庚烷混合培养时，金牛分枝杆菌和假单胞菌可以利用环丙烷生成环醇、环己酮和脂肪酸。 这两种细菌不能单独将环己烷作为唯一的碳源和能源进行研究。 细菌羟基化环烷烃的能力显然广泛存在于自然界。 这是由单加氧酶的广泛特异性引起的。 由于其他烃类微生物细胞产生的单加氧酶(羟化酶)广泛存在环烷烃转化为环烷烃的现象，因此具有环烷烃诱导的加氧酶的微生物没有进化。 微生物之间的相互关系和共代谢在环烷烃的生物降解中起着重要的作用。 目前已发现细菌、真菌、藻类中有可降解多环芳烃的微生物。 真菌产生的过氧化物酶可以将多环芳烃分解成醌的衍生物。 细菌也可以通过多种代谢方式分解多环芳烃，以多环芳烃为碳源，通过其转化为二氧化碳和水的共代谢作用进行分解，影响微生物分解石油污染物的因素，微生物在分解石油污染物过程中受营养元素、表面活性剂、O2通量、温度、pH等外在因素的影响。 其中营养元素对分解率影响较大，特别是n、p元素。 专业研究了石油烃微生物降解的营养平衡，发现缺乏氮、磷营养物质直接限制了石油烃微生物降解，但过量添加反而有抑制作用，表面活性剂是影响降解效率的另一重要因素。 表面活性剂对石油烃有一定的溶解和分散作用，对石油降解菌的降解效率具有重要作用，但有研究表明， 表面活性剂对微生物有一定毒性作用的表面活性剂量对石油烃降解菌的影响比较复杂：加入少量表面活性剂可促进石油烃降解菌的