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1、石油污染土壤的微生物强化修复技术研究水平概述,环工 吕长苓 2012309011,石油污染土壤现状堪忧,就土壤而言，在油田的勘探、开采和油品的储存、运输和使用过程中，污染土壤的石油年均排放近1105t，全国的油井据不完全统计共有2105口，污染土地面积平均按照每口井为200500m2计算，所产生的油井污染土壤面积为8107m2，这一数字仍然还在不断攀升过程中。 据不完全统计，全国因使用含油污水灌溉而导致土壤污染面积达9.3103hm2，石油污染土壤总面积则高达5106 hm2。,石油污染土壤危害,石油进入土壤后造成严重的环境污染和生态破坏： 影响土壤的通透性，降低土壤质量； 阻碍植物根系的呼吸
2、与吸收，引起根系腐烂，影响农作物的根系生长； 使土壤有效氮、磷的含量减少，影响作物的营养吸收； 石油中的多环芳烃有致癌、致畸、致突变等作用，能通过食物链在动、植物体内逐级富集，危及人类健康； 石油烃中不易被土壤吸附的部分能渗入地下井，进而污染地下水。,微生物修复技术,1972年美国清除宾夕法尼亚州的Ambler管线泄漏的汽油是史料所记载的微生物修复技术的首次应用，初期规模很小，直到1989年，美国阿拉斯加海域受到大面积石油污染以后，才首次大规模应用微生物修复技术，可以说阿拉斯加海滩溢油的生物修复是生物修复发展的里程碑。 石油污染土壤微生物修复技术具有速度快、消耗少、效率高、成本低、反应条件温和
3、以及无二次污染等显著优点，具有广阔的应用前景。,利用微生物处理石油污染的土壤这一领域的研究工作目前主要集中于以下几个方面：,营养物质的添加及量的配比 选择适当的电子受体 同生菌群的强化作用 基因工程菌(GEM)的开发 石油烃生物可降解性研究 吸附与扩散机制对生物降解过程的影响 表面活性剂对生物降解的强化作用 构建植物微生物联合修复的生态修复,1. 营养物质的添加及量的配比,石油烃中含有大量的碳和氢，同时土壤中存在各种无机盐，基本可以保证降解过程中石油细菌对碳、氢及各种微量元素的需求。氮、磷元素的缺乏是影响细菌生长繁殖的主要原因。,添加不同营养助剂对石油污染土壤生物修复的影响 . 环境化学 .
4、2010年1期,实验室条件下研究NPK复合肥、诺沃肥和腐殖酸三种物质，不同配比添加对石油污染土壤的生物修复效果。在60d的修复实验中,定期取样测定土壤含油量、总异养菌数、石油烃降解菌数和脱氢酶活性，并采用PCR-DGGE技术研究修复过程中微生物多样性变化.,结果表明，NPK肥的添加和NPK肥-诺沃肥-腐殖酸复合添加能够提高土壤中微生物的数量、微生物多样性和脱氧酶活性。在含油量为84,600mgkg-1的土壤中，添加营养助剂的处理60d后石油烃降解率为31.3%-39.5%，不添加营养助剂的石油烃降解率仅为3.5%。 NPK肥-诺沃肥-腐殖酸复合添加对石油烃的降解率要高于NPK肥的单独添加(高8
5、%)，其原因可能是诺沃肥-腐殖酸能够有效提高土著微生物的活性，增加微生物的多样性，增强石油烃的降解.,2. 选择适当的电子,受体微生物的活性除了受到盐类营养物的限制外，污染物氧化分解的最终电子受体的种类和浓度也影响着污染物生物降解的速度和程度。 土壤中污染物氧化分解的最终电子受体有O2，H2O2和其他一些离子，它们的种类和浓度对于微生物的活性有显著的影响。在微生物治理的石油污染土壤中加入适量的H2O2，其中的一部分H2O2能直接氧化烃类，另一部分使溶解氧的浓度上升，维持pH值的稳定，增强微生物的活性。有研究表明电子受体H2O2的累计加入量为12mg/g最适宜。,3.同生菌群的强化作用,研究发现
6、混合培养菌的降解效果明显高于单株培养菌。 赵硕伟（镇江市环境科学研究所） 、沈嘉澍（南京农业大学生命科学学院）、沈标（南京农业大学资源与环境科学学学院）. 复合菌群的构建及其对石油污染土壤修复的研究 . 农业环境科学学报.2011,30(8):1567-1572,实验案例,分析,由菌株1,菌株3(Rhodococcus sp)、菌株4 ( Gordonia sp)和菌株7 ( Pesudomonas sp )组成的菌群在5d时间内对石油的降解率达到70%左右，远高于任何一株单一菌株。产生这种协同作用可能是由于这几株菌他们各自降解石油中的不同组分，如菌株1,3有效降解C13-16的中长链正构烷烃
7、，菌株4对C26-32的超长链烷烃的降解效率较高，而菌株7主要降解石油中的芳香烃。它们的生长底物之间没有竞争性，所以能很好的协同生长。由于各不同的菌株降解石油不同的组分，它们联合作用就对石油具有很高的降解率。,4.基因工程菌(GEM)的开发,利用基因工程和细胞工程技术创造出具备新的代谢途径的“超级微生物”，同时通过遗传学和分子生物学对石油污染物作用下的微生物分子变异、微生物种群变异等进行研究。 A.M.Charkrabarty经过研究发现，能降解芳烃、烷烃、多环芳烃的细菌的降解基因位于质粒上，他根据质粒容易传递的特性，将多种质粒嫁接到一种菌体内，构成一菌多基因。因此，构建含有目的基因，具有较强
8、竞争力的基因工程菌(GEM)是现代环境生物技术的主要目标之一。,5.石油烃生物可降解性研究,一方面研究各种化合物在各种微生物作用下的降解机理和途径，另一方面从化合物本身的化学组成和结构上研究其影响生物降解的内在原因，总结不同类型化合物生物降解难易的规律性，预测化合物在环境中的滞留情况及其毒性，以便开发出更有效的生物降解技术。,一般认为，烃类化合物生物降解的难易与其化学结构或碳原子数有关。 石油烃中的中长链饱和烃易于被微生物利用，而短链烷烃和单环芳烃等难于降解；对于多环短链烷烃等难于降解；而对于多环芳烃类化合物，微生物对其降解能力随环数的增多而减小。,假单胞菌对不同烃的降解,可以看出，假单胞菌对
9、不同烃类的利用能力不同。菌株以正十六烷为碳源而生长良好，但以正己烷为唯一碳源和能源生长较差，这可能是由于这种低分子量、易挥发的烃类对微生物具有很大毒性，能破坏细胞膜和细胞壁中的类脂质。对于甲苯，菌株能够以其为碳源而微弱生长外，这也是由于单环芳烃对菌细胞具有较大毒性。对于2环和3环的多环芳烃类化合物如萘和菲，菌株生长状况良好，说明可以以其为碳源降解。,6.吸附与扩散机制对生物降解过程的影响,研究表明，对土壤中石油烃最终降解率起主要影响的并不是污染物的可降解性，而是限制步骤，即：污染物从土壤颗粒表面的解吸附过程；污染物向颗粒聚集体扩散过程。,7.表面活性剂对生物降解的强化作用,TRI对表面活性剂在
10、石油污染土壤的生物处理过程中的作用进行了广泛的研究，发现阴离子表面活性剂(Richonate-YLA)和非离子表面活性剂(HyonicPE-90)联合作用是最有效的，可使80%的石油残余物从土壤表面脱除。,适宜的配比下，混合表面活性剂对多环芳烃花能产生显著的协同增溶性，增溶的效果要好于相同浓度单一阴离子表面活性剂，并且随着混合表面活性剂浓度的增大而增溶作用加强。,案例：鼠李糖脂和非离子混合表面活性剂对芘的增溶作用,混合表面活性剂对芘产生协同增溶作用的主要原因可能是鼠李糖脂阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂形成具有协同性的混合胶束、混合吸附层，原来带负电荷的阴离子表面活性剂离子间排斥作用减弱，导
11、致胶束形成的数量增多、速度加快。 混合表面活性剂对疏水性有机物具有协同增溶作用，可以提高生物表面活性剂的使用效率。由于生物表面活性剂的产量较低，能以较少的生物表面活性剂用量获得较好的增溶效果具有现实意义。,鼠李糖脂对土壤中菲降解影响,生物表面活性剂强化微生物降解菲的机理,鼠李糖脂主要通过胶束增溶作用增加了菲在水相中的溶解度，使其分散能力有所提高，使得微生物利用多环芳烃的能力增强，促进了菌株的生长，使菌株对菲的降解率有所提高，其次鼠李糖脂可以改变细胞的疏水性，改变微生物细胞和菲之间的相互作用力，使细胞更易与菲接触，从而有利于微生物细胞的吸附和生长，疏水性大的细胞降解污染物的效率要高。,生物表面活
12、性剂在复合降解系统中的作用,生物表面活性剂对石油污染物的生物可利用性的影响,可以总结为以下几方面： (1) 生物表面活性剂促进了污染物向土壤介质的分散和流动； (2) 生物表面活性剂加速了污染物向降解菌株的传质和吸附； (3) 生物表面活性剂改善了微生物细胞攫取或者贴合污染源的能力，进而影响了微生物摄取污染物的模式。,8.构建植物微生物联合修复的生态修复,生态系统有它本身的自净作用，理解植物根系微生物有机物之间相互作用的机理：植物直接吸收有机污染物、释放分泌物和酶、刺激根区微生物的活性并强化生物转化作用这3种机制。 微生物、植物及其联合修复，通过对有效环境因子的监控、高效积累植物的筛选及基因工
13、程等技术，必将使石油污染土壤的生态修复有更为广阔的发展前景。,不同处理条件下石油烃降解率随时间变化,不同处理条件下紫花苜蓿植物量变化,不同处理方式下上壤脱氢酶随时间的变化,微生物修复、植物修复及植物微生物联合修复技术的比较,用于石油污染清理的联合生物技术Soilex,为清理受工业污染的设施或区域，俄罗斯“保利银佛利姆”公司成功研制开发了“Soilex”生物技术。该生物技术对保护生态环境，清除从石油、农药、酸性物质到重金属等各种污染有显著效果。该生物技术适用于各种气候条件，除能清洁受污染的水和土壤外，还能恢复土壤的生物活性。“Soilex”生物技术对于清除石油污染尤其有效，其中包括重油馏分造成的
14、污染，并可在3 - 40的作业环境下对PH值为4.88.2的区域进行有效作业。,受重油和柴油污染的土地 实施第一阶段清理后的土地,两个月后，清理后的土地 距清理工作的开始仅3个月,总结,由于石油的理化特征和环境行为，使得石油污染土壤所涉及的修复问题成为环境修复领域面临的新课题，而生态修复是石油污染上壤修复发展的最新阶段，从该技术的前景来看，生态修复将逐渐成为最优化的一项综合环境技术，在解决土壤污染问题上将成为根本的手段。在未来应用，还需进一步注重对污染生态过程的研究，选取更加敏感、方便、有效和经济的指标来表征修复的生态毒理效应，运用现代技术手段建立相应的监控程序，同时要保证修复过程和结果必须是生态安全的。,谢谢！,
