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海洋石油污染生物修复技术

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海洋 石油 污染 生物 修复 技术
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12 海洋信息 年 2008生物修复是指生物催化降解环境污染物,减 少或最终消除环境污染的受控或自发过程。生物修复的基础是自然界中微生物对污染物的生物代谢作用,由于自然界生物修复过程一般较慢,难以推广应用,因此一般指人为条件下的生物修复。20世纪90年代以来,生物修复技术在石油污染治理方面逐渐成为核心,取得了理论突破和重要成果[1]。国内学者也做了大量工作,但主要为石油污染土壤和地下水的生物修复研究[2],对海洋石油污染的生物修复研究相对较少。海洋环境中石油的归宿和转化过程1 石油烃在海洋环境中的转化过程和归宿受物 理、化学和生物作用的影响。低分子烃类(C15以下)受蒸发影响进入大气,在大气中受光化学氧化、降解后,能以原来的形式回到海洋的数量极少。进入海洋的石油烃经海空输移,可减少一半以上。海面油膜能进行光氧化作用,而表面海水中油组分也可进行光氧化降解,这种转化对于芳烃和杂环芳烃有较大作用。生物转化可分为两个方面:一是海洋微生物对石油的降解作用;二是海洋生物对石油烃的摄取作用。微生物降解石油烃的速率主要与微生物的种类、数量及其介质温度有关,与石油组分的性质和分散程度有关,分散程度大,降解速率大。海洋植物也能富集和降解海水中的部分石油烃。吸附和沉淀作用可使海洋中的石油进入沉积 物中,途径常有3种: 由于轻组分挥发和溶(1)解使残留物密度增加,从而生成固态小球下沉。油膜或分散的油滴附着在悬浮颗粒上而沉降(2)到海底。 溶解的石油烃吸附在固体颗粒物上 (3)沉积。向海底迁移的速度主要与海水中固体颗粒物的沉积速度有关。进入沉积物的石油烃又会受底泥微生物的降解。然而,由于沉积物中缺氧,又不易受到阳光照射,降解速率比海水中慢。石油降解微生物主要分布于近海、海湾等石 油污染严重地区,这些地区石油降解微生物的数量多。石油降解微生物的数量和石油的多少无关,而与细菌数量有关,即海水中养分多,则细菌数量多,相应地石油降解微生物也多。因此,在远洋由于营养贫乏,石油降解微生物很少,一旦受污染,不易消除,后果严重。降解石油微生物通常生长在油水界面上,而不是油液中。生物修复中的主要影响因素2 石油的理化性质2.1 石油烃生物降解的程度取决于油的化学组 成、微生物的种类和数量以及环境参数。石油在海水中存在的物理形式对石油的生物降解有很大影响。液态芳烃在水—烃界面能被细菌代谢,但收稿日期: 年 月 日2007 12 15资金项目:天津科技支撑计划重点项目( ) 07ZCKFSF02000海洋石油污染生物修复技术毛天宇,12,刘宪斌1,李亚娟,12( 天津科技大学 天津市 交通部天津水运工程科学研究所 天津市 )1. 300457 2. 300456摘要 石油泄漏是海洋环境的重要污染物之一,生物修复技术已逐渐得到广泛应用。本文 从海洋石油污染物的来源、转化过程、降解机理和影响生物降解因素等方面,论述了生物技术对泄漏入海的石油类污染物的处理技术经验,以及国内外对于生物修复海洋石油污染取得的成果和存在的问题。关键词 海洋石油污染生物修复技术 海洋环境保护第 期 毛天宇 刘宪斌 李亚娟:海洋石油污染生物修复技术 3 13固态时很难被利用。石油化学组分不同也明显地影响其被降解的速率。在各组份中,饱和烃最容易降解,其次是低分子芳香族烃类化合物,高分子芳香族烃类化合物、树脂和沥青质则极难降解。不同烃类化合物的降解率是:正烷烃>支链烷烃>低分子芳香烃>多环芳烃。石油烃类化合物成分的差异直接影响其生物降解速率,低硫、高饱和烃的粗油最易降解,高硫、高芳香烃类化合物的纯油很难降解[3]。微生物种类2.2 石油降解微生物的种类和数量对海洋石油烃 的降解有明显影响。不同微生物种类对石油烃的降解能力差别较大,同一菌株对不同烃类的利用能力差别也较大,混合培养的微生物对石油烃的降解比纯培养快。石油污染能够诱导降解石油的微生物种群生长,未受石油污染地区的石油降解菌不到1%,但受污染地区石油降解菌比例和数量明显上升,说明石油污染能富集石油降解菌。环境参数2.3 温度。温度影响烃类的降解速率。一是2.3.1 温度直接影响细菌的生长、繁殖和代谢;二是温度能影响石油在海洋中的理化性质。提高温度,促进了石油中一些细菌对有害烃类的挥发,也增加了石油的乳化程度,有利于对油类的降解。营养盐。在降解过程中,由于石油含有2.3.2 微生物能利用的大量碳源,海水和海滩中有足够的微量元素,所以氮和磷成为主要的限制因子。氧。一些实验证明在厌氧条件下微生物2.3.3 能降解烃类,但在大多数情况下,厌氧时烃类的生物降解作用比好氧条件下慢得多[4]。石油中各组分完全生物氧化需消耗大量的氧。据测算1g石油被微生物矿化需3~4g氧。所以在石油严重污染的海域,氧可成为石油降解的限制因子。陆源污染物。美国2.3.4 Brittany海岸石油泄漏研究发现,该地区石油烃的生物降解速度比其他地区快,原因是大量农用氮肥和磷肥进入该海域,为降解微生物提供了丰富的营养物质[5]。农药则对河口环境中微生物降解石油有抑制作用。海洋石油生态修复技术应用实例3 20世纪80年代末美国成功修复Exxon Valdez油轮石油泄漏,开创了生物修复在治理海洋污染中的应用。受污染的海面和海滩通常可采用3种方式进行修复: 投加表面活性剂,增加石油 (1)与海水中微生物的接触面积; 投加高效降解 (2)石油的微生物,增加微生物的种群数量; 投 (3)加氮、磷等营养源,促进土著微生物对石油的降解[1]。由于表面活性剂可能具有毒性并在环境中积累;引入高效降解菌不能对土著微生物保持长久竞争优势,同时会引起相应的生态和社会问题,不同学者对是否应投入高效微生物及其是否在生物修复中起作用意见不一,因此对投加营养盐进行石油污染海洋环境生物修复研究相对较多。目前主要有 种形式: 缓释型。该类营养 3(1)盐具有合适的释放速率,通过海潮可缓慢释放营养物质。 亲油型。亲油肥料可使营养盐“溶 (2)解”到油中,在油相中螯合的营养盐可以促进细菌在表面生长。 水溶型。该类产品会被海水 (3)溶解,可以解决下层水体及沉积物的污染问题。存在的问题4 生态问题4.1 不同学者对是否应投入高效微生物以及高效 微生物是否在生物修复中起作用意见不一[6]。人为改造生态系统,引进外来生物而造成的生物入侵问题已不胜枚举。因此应在采取生物修复法解决海洋石油污染问题前重点评估生态破坏问题。营养盐的二次污染问题4.2 营养盐是常见的陆源污染物。如果海域发生 大规模石油污染,大范围的营养盐投入,一般会因投入量过剩而造成某种程度的富营养化。由于经济的迅猛发展,石油资源运输量会增 加,海洋石油污染更加严峻。采用生物修复技术进行海洋石油污染清除,值得进一步研究。参考文献沈 德 中 污染环境的生物修 复 北 京 中国石化出 版[1] . [M]. : 社 . 2003金樑,顾宗濂,谢思琴 , 周 德 智 石油污染土壤及地下 水[2] . 的 生 物修复 进 展 应 用与 环 境 生物学报 . 1999(5)[J].谢丹平 石油污染生物修复技术研究 暨南大学[3] . [D]. . 2004易绍金,佘跃惠 . 石油与环境微生物技术 [M]. 北京 : 中 国[4]石化 出 版社 . 2002宋 志 文 , 夏 文 香 , 曹 军 海 洋 石 油 污 染物 的 微 生物 降 解 与[5] . 生物修复 [J]. 生态学 . 2004. 23(3)李 进 道 , 丁 美 丽 , 陈 德辉 等 用 长 效 肥料 提 高 微生 物 分 解[6] . 海面油膜试验 [J]. 青岛海洋大学学报 . 1990. 20(3)海洋环境保护
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