石油污染生物修復(fù)研究

肖康

摘 要：對(duì)于現(xiàn)如今石油的大量的開采，石油泄漏的狀況發(fā)生的幾率持續(xù)升高，近期的幾個(gè)的漏油事故，對(duì)于它們的后續(xù)處理非常關(guān)鍵，特別是如何恢復(fù)原先的生態(tài)環(huán)境，利用生物進(jìn)行處理不失為一種環(huán)保的方式。文章較全面地介紹了環(huán)境中降解石油的生物、石油污染土壤、廢水、海洋的生物修復(fù)技術(shù)以及影響石油污染生物修復(fù)的因素。

關(guān)鍵詞：石油污染;土壤;廢水;海洋;生物修復(fù)

隨著石油的勘探開發(fā)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，油田各處產(chǎn)生了大量的落地原油、油砂、巖屑、泥漿等固體廢棄物，這些污染物可引起土壤和水理化性質(zhì)的變化。由于石油的主要成分有烷烴、苯、甲苯、二甲苯等多種復(fù)雜芳香烴，這些物質(zhì)毒性大，有的有致癌致突變作用，難以去除，而且會(huì)隨著徑流進(jìn)入周圍的流域和地下水，從而給油田及周圍的生態(tài)環(huán)境帶來了嚴(yán)重的環(huán)境問題。水和土壤作為人類賴以生存的主要自然資源，其生態(tài)環(huán)境的保護(hù)與治理己引起人們的普遍關(guān)注。近年來國(guó)內(nèi)外在污染的修復(fù)研究方面取得了一定進(jìn)展，其中生物修復(fù)技術(shù)被認(rèn)為是生態(tài)環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域最有價(jià)值和最具生命力的污染修復(fù)技術(shù)。

一、石油污染的來源與危害

海洋水體油污染主要來源于海底溢油、海上石油生產(chǎn)、海洋運(yùn)輸、大氣輸送、城市污染水排放等。其中自然來源約占92%，人類活動(dòng)來源約占8%。而對(duì)環(huán)境影響最嚴(yán)重的是人類活動(dòng)造成的突發(fā)性溢油事故。據(jù)聯(lián)合國(guó)有關(guān)組織統(tǒng)計(jì)，每年海上油井井噴事故和油輪事故造成的溢油高達(dá)2.2×107t。大量石油瞬間溢出進(jìn)入海洋環(huán)境，通過擴(kuò)散、漂移等作用可對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境以及社會(huì)造成嚴(yán)重破壞。

目前，我國(guó)油田區(qū)土壤污染面積約有4.8×1010m2，占油田開采區(qū)面積的20-30%。有的油田區(qū)長(zhǎng)期積存未經(jīng)處理的含油污泥為主的石油固體廢物，堆放量超過300萬t，成為油田區(qū)污染的主要來源。石油的開采、冶煉、使用和運(yùn)輸過程的污染和遺漏事故以及含油廢水的排放、污水灌溉，各種石油制品的揮發(fā)、不完全燃燒物飄落等引起一系列土壤石油污染問題。

石油成品油中燃料油類對(duì)人體健康的危害有麻醉和窒息、化學(xué)性肺炎、皮炎等。如汽油為麻醉性毒物，急性中毒可引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)損害。石油污染物進(jìn)入海洋環(huán)境會(huì)對(duì)水生生物的生長(zhǎng)、繁殖以及整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生巨大的影響。污染物中的毒性化合物可以改變細(xì)胞活性，使藻類等浮游生物急性中毒死亡。當(dāng)海洋中石油濃度在10-4～10-3mg/L時(shí)，可以對(duì)魚卵和魚類的早期發(fā)育產(chǎn)生影響。而石油的涂敷作用會(huì)導(dǎo)致大量的鳥類死亡。

二、石油污染土壤生物修復(fù)研究方法

1.微生物修復(fù)技術(shù)。微生物修復(fù)技術(shù)是微生物起主導(dǎo)作用，即在人為強(qiáng)化的條件下，用自然環(huán)境中的土著微生物或人為投加外源微生物的代謝活動(dòng)，對(duì)環(huán)境中的石油污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)化、降解與去除的方法。發(fā)達(dá)國(guó)家于20世紀(jì)80年代就開展了這方面的研究，我國(guó)在20世紀(jì)90年代也開始了這方面的研究工作。用于生物修復(fù)的微生物有3類：土著微生物、外來微生物和基因工程菌。自然界中降解烴類的微生物約占微生物群落總數(shù)的1%，而當(dāng)石油污染物存在時(shí)，這個(gè)比例可增加到10%141。據(jù)Bull等嘲對(duì)全球不完全統(tǒng)計(jì)，己描述的真菌種為69000個(gè)，占總數(shù)的5%，細(xì)菌種為4760個(gè)，占12%，病毒種為5000個(gè)，占4%?？梢越到馐臀廴疚锏募?xì)菌有;氣單胞菌屬、芽胞桿菌屬、拜葉林克氏菌屬、棒狀桿菌屬）、藍(lán)細(xì)菌屬、黃桿菌屬、微球桿菌屬）、分枝桿菌屬、諾卡氏菌屬、假單胞菌屬、紅球菌屬和弧菌屬等。最常見的降解石油的真菌有木霉屬、青霉屬、曲霉屬、森田屬等。微生物（細(xì)菌和真菌）降解多環(huán)芳烴復(fù)合物依賴于酶的活性，細(xì)菌產(chǎn)生雙加氧酶，加雙氧原子到苯環(huán)上，形成過氧化物，然后氧化為順式二醇，脫氫產(chǎn)生酚;真菌產(chǎn)生單加氧酶，加氧原子到苯環(huán)上，形成環(huán)氧化物，然后加入H20，產(chǎn)生反式二醇和酚。微生物修復(fù)的成本低，對(duì)環(huán)境的影響小，處理形式多樣，可進(jìn)行原位、異位及原位一異位聯(lián)合修復(fù)，操作簡(jiǎn)單.不破壞土壤環(huán)境。但易受微生物對(duì)PAHs同化代謝能力、PAHs的性質(zhì)（生物可利用性）及降解環(huán)境條件的跟制。按修復(fù)地點(diǎn)的不同，微生物修復(fù)技術(shù)主要分為兩類：原位微生物修復(fù)和異位微生物修復(fù)。

2.植物修復(fù)技術(shù)。植物主要通過兩種途徑去除土壤中石油類有機(jī)污染物：植物直接吸收和降解;植物釋放分泌物和酶，刺激根區(qū)微生物活性和生物轉(zhuǎn)化作用。

（1）直接吸收與降解

①植物吸收是指植物直接吸收污染物并在植物組織中積累非植物毒性的代謝物。其機(jī)理是植物利用根系吸收土壤和水中的污染物，整個(gè)吸收過程包括植物根表面的吸收，根表面細(xì)胞膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)將污染物由表面向細(xì)胞內(nèi)的主動(dòng)運(yùn)輸以及污染物在植物體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)和運(yùn)輸?shù)壬臀锢磉^程，最后將污染物富積于植物體內(nèi)。在植物根系對(duì)多環(huán)芳烴吸收的研究中發(fā)現(xiàn)，根系的不同會(huì)影響植物對(duì)多環(huán)芳烴的吸收。凌婉婷等研究了二十種植物根對(duì)土壤中多環(huán)芳烴菲、芘的吸收作用，得出不同植物根中菲、芘的含量和根系富集系數(shù)與根的脂肪含量呈顯著正相關(guān)，而與根含水量關(guān)系不顯著。

②植物降解，即植物本身通過體內(nèi)的新陳代謝作用將所吸收的污染物在體內(nèi)分解為簡(jiǎn)單的小分子如CO2和H2O，或轉(zhuǎn)化為無毒或毒性微弱形態(tài)的過程。徐端平等通過對(duì)禾本科植物高粱和玉米對(duì)石油污染土壤修復(fù)作用的研究，認(rèn)為降解方式主要為：1）體內(nèi)酶氧化降解作用;2）同化污染物;3）植物體內(nèi)羥基化。

（2）釋放分泌物并刺激生物轉(zhuǎn)化作用。植物根際是植物—土壤—微生物與環(huán)境條件相互作用的場(chǎng)所植物根系在吸收水分、礦營(yíng)養(yǎng)的同時(shí)也向根系周圍土壤環(huán)境釋放各種分泌物質(zhì)。這些分泌物為根系微生物生長(zhǎng)提供有機(jī)碳源，有些也是微生物共代謝的基質(zhì)，根系的輸水性能也為微生物生長(zhǎng)提供了更為適宜的溫度環(huán)境，并且根系巨大的表面積也是微生物的寄宿之處。這些因素刺激著某些微生物和土壤動(dòng)物在根系周圍大量繁殖和生長(zhǎng)，有時(shí)可使根系圈內(nèi)土壤動(dòng)物和微生物量達(dá)到圈外的幾十甚至上百倍。在石油污染區(qū)，植物根系圈內(nèi)土壤中微生物數(shù)量往往會(huì)顯著增加，分解消耗石油。

三、結(jié)語

生物降解石油作為一種高效率、低成本、無污染的生物治理技術(shù)，適應(yīng)我國(guó)的國(guó)情，也是增加可利用耕地面積的有效途徑。在石油污染土壤的治理過程中。應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益，進(jìn)一步完善生物修復(fù)技術(shù)。注意生物修復(fù)方法與傳統(tǒng)方法的有機(jī)結(jié)合，發(fā)揮各自優(yōu)點(diǎn)，使石油污染土壤修復(fù)過程成為一個(gè)有機(jī)整體，達(dá)到系統(tǒng)化、最優(yōu)化和成熟化。

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