石油烃降解菌的研究【文献综述】
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石油降解细菌的分离提纯及简单应用内容简介:“油田采出水”,也称“油田污水”。
油田污水中不仅含有原油,还溶进了地层中各种盐类、悬浮物、有害气体和有机物,BOD5/ COD Cr 值仅有0. 15~0. 3 左右。
在原油处理时还掺进了大量高分子化学药剂,形成一种特殊的难降解的有机废水。
就此状况及特点,及目前应用于含油废水处理的各种生物处理方法,以及生物处理的原理表明,高效原油降解菌和生物处理构筑物相结合的生物深度处理技术是国内油田污水处理技术发展的趋势。
随着生物处理技术的不断发展,越来越多的生物处理方法被应用于油田污水的处理,并获得了良好的处理效果。
关键词:高效降油菌、石油污染土壌、接种、提纯、生物修复正文:随着石油工业的发展,含油废弃物的污染范围不断扩大,污染程度也日益严重,对其进行治理有着重要的现实意义。
80年代以来,污染土壤的生物修复技术由于具有费用省、操作简单和环境影响小的特点,越来越受到关注, 并得到广泛应用。
土壤中广泛分布着可降解石油的微生物种,它们在土壤生物修复中具有重要作用,但是数量上相差很大。
土壤中降解石油微生物的数量与污染物的存在有着密切关系。
它们能够适应环境,然后进行选择性富集并发生遗传改变,从而导致烃类降解细菌所占比例及编码降解烃类基因的质粒数量增加。
有报道指出,降解烃类的微生物一般只占微生物群落总数的不到1 %,而当有石油污染物存在时,降解者的比例增加到10 %。
此方法基本实现对不同污染程度、不同类型的污染修复的相应处理手段,研究结果为含油废弃物的土壤异位生物修复技术的实用化提供了试验依据。
优质石油降解细菌的培养筛选方法菌种的采集:被石油污染的土壤中的细菌培养基:NH4NO32g , K2HPO41. 5g, KH2PO43g,MgSO4·70H2O 0. 1g,无水CaCl20. 01g,Na2EDTA·2H2O 0. 01g,原油1g,蒸馏水: 1000mL,pH值7. 2~7. 4.操作方法(即石油降解菌的富集、分离、纯化):取一定量的石油污染土样接入装有100mL 培养基的250mL 三角瓶中,于30℃、160 rmin- 1条件下在摇床中培养7d,然后取一定量的上述培养液接入装有100 mL新鲜培养基的250mL三角瓶中, 30℃、160 r·min- 1条件下摇床中培养7d;如此共3次。
Fenton氧化—微生物法降解土壤中石油烃韩旭;李广云;尹宁宁;许锐伟;王丽萍【摘要】以长期被苯系物污染的活性污泥为菌源,采用液相“诱导物-中间产物-目标污染物”驯化模式驯化出专性混合石油降解菌群,并将其用于Fenton氧化—微生物法处理模拟石油污染土壤.高通量测序结果表明,产黄杆菌属(Rhodanobacter)、分支杆菌属(Mycobacterium)和根瘤菌属(Rhizobiales)为主导菌属.实验结果表明:接种混合菌群后降解50 d,土样的总石油烃(TPH)去除率较土著菌提高了13.4~20.5百分点;对于TPH含量(w)分别为4%,8%,11%的土样,Fenton氧化的最佳H2O2加入量分别为3,4,4 mol/L (Fe2+加入量0.04 mol/L),TPH总去除率分别可达88.8%,65.0%,47.7%,较单独Fenton氧化或单独微生物法均有很大程度的提高,且缩短了降解时间,增加了土壤有机质.%Using the activated sludge which was long-term polluted by benzene as bacteria source,the specific mixed petroleum-degrading bacteria were acclimated in liquid phase by the model of "inducer-intermediate product-target pollutant",and used for treatment of simulated petroleum contaminated soil by Fenton oxidation-microbial method.The high-throughput sequencing results showed that Rhodanobacter sp.,Mycobacterium sp.and Rhizobiales sp.were the dominant bacteria.The experimental results indicated that:After 50 d of degradation,the removal rate of total petroleum hydrocarbon (TPH)in the soil samples by mixed bacteria was 13.4-20.5 percentage points higher than that by native bacteria;When the TPH content (w)were4%,8%,11%,the optimum H2O2 concentration for Fenton oxidation were 3,4,4 mol/L respectively (with 0.04 mol/L of Fe2+ concentration),the totalremoval rate of TPH were 88.8%,65.0%,47.7% respectively,which were much higher than those by single Fenton oxidation or single microbial method.The degradation time was shortened and organic matters in soil were increased by the combined process.【期刊名称】《化工环保》【年(卷),期】2017(037)002【总页数】6页(P237-242)【关键词】专性混合石油降解菌;Fenton氧化;微生物法;石油烃【作者】韩旭;李广云;尹宁宁;许锐伟;王丽萍【作者单位】中国矿业大学环境与测绘学院,江苏徐州221116;中国矿业大学环境与测绘学院,江苏徐州221116;中国矿业大学环境与测绘学院,江苏徐州221116;中国矿业大学环境与测绘学院,江苏徐州221116;中国矿业大学环境与测绘学院,江苏徐州221116【正文语种】中文【中图分类】X53石油是一种重要的化石能源,伴随着石油的开采、运输、分离提纯等作业过程,引发了不同程度的环境污染。
唐山学院毕业设计设计题目:微生物降解石油烃最适条件研究系别:环境与化学工程系班级:09 石油化工生产技术2班姓名:张贺松指导教师:程磊2012年6月11 日微生物降解石油烃最适条件研究摘要从学校腐蚀质土囊中筛选到2株对机油等相关石油制品具有高效降解能力的菌种ZL1 ZL2。
通过生长条件正交实验测定了温度、油量和pH值对其降解能力的影响。
实验表明:4天对于含油300mg/L的去除率分别达到67.9%和76.2%,其中ZL2菌对底物浓度和PH值有较广的适应范围。
关键词:正交实验高效降解菌菌种筛选Microbial degradation of petroleum hydrocarbons in the optimum conditionsAbstractCorrosion from the school the quality of soil in the bag filter to the 2 strains of bacteria degrading ability of oil and other petroleum products ZL1 ZL2. Orthogonal experimental determination of the growth conditions of temperature, substrate concentration and PH value of their degradation ability. The experimental results show that: four days for oily 300mg / L, the removal rate of 67.9% and 76.2%, which ZL2 bacteria have a wider range of substrate concentration and pH value.Keywords:Orthogonal experiment Efficient degradation bacteria Strain screening目录1 引言 (1)1.1石油污染的危害 (1)1.2微生物法治理石油污染 (2)1.3微生物降解石油途径 (4)1.4微生物降解石油影响因素 (5)1.5各国对微生物降解石油烃的研究 (6)1.6微生物降解石油烃类污染物的代谢机制 (6)1.7微生物降解菌的种类 (6)2 试验 (8)2.1材料 (8)2.1.1菌种 (8)2.1.2 培养基 (8)2.1.3试验药品 (8)2.1.4试验仪器 (9)2.2 优势菌筛分试验 (9)2.2.1取样 (9)2.2.2 准备实验用品 (9)2.2.3制作培养基 (9)2.2.3 高温灭菌 (9)2.2.4 初次富集分离 (10)2.2.5 连续富集分离 (10)2.2.6 平板分离 (10)2.2.7 划线分离 (10)2.3生长条件正交实验 (10)2.4 混合菌机油降解效率 (11)2.5分析方法 (11)3结果分析 (12)3.1 优势菌筛分实验 (12)3.2生长条件正交试验 (12)3.3混合菌种实验 (13)4结论 (15)谢辞 (16)参考文献 (17)外文资料 (18)唐山学院毕业设计1 引言上世纪初以来,石油的重要性日益突显。
含油废水处理中石油降解菌的筛选及其降解条件优化郭倩瑜;张建民;李蓉蓉【摘要】为筛选出高效含油废水降油菌,更好地利用生化法治理含油废水,从咸阳市中国石油长庆石化公司污水处理站采取水样,经过菌种的驯化、分离纯化得到17株石油降解菌,其中细菌13株,其余为放线菌或霉菌.经过30℃、180±2r/min恒温摇床振荡培养7d后筛选出2株优势石油降解菌:GA-4菌为芽孢杆菌属(Bacillus sp.)、GA-6菌为不动杆菌属(Acinetobacter sp.).在油浓度为2g/L时降油效果最好,GA-4菌与GA-6菌的降油率分别为41.18%,34.82%.GA-4菌与GA-6菌的最优降解条件分别为:30℃,pH为8.0,接种量为5%;28℃,pH为7.5,接种量为5%.【期刊名称】《纺织高校基础科学学报》【年(卷),期】2016(029)002【总页数】6页(P269-274)【关键词】石油化工废水;降油菌;降油率;生化处理【作者】郭倩瑜;张建民;李蓉蓉【作者单位】西安工程大学环境与化学工程学院,陕西西安710048;西安工程大学环境与化学工程学院,陕西西安710048;西安工程大学环境与化学工程学院,陕西西安710048【正文语种】中文【中图分类】X172众所周知,石油是当今现代化工业生产中最重要的自然资源之一,且在未来几十年内依然是最主要的能源以及化工原料[1].近些年,石油的大量开采及其化工产品的生产应用,给人类带来了严重的环境污染和生态破坏.目前,石化废水的处理方法主要有物理法(吸附法、气浮法、膜滤法)、化学法(电絮凝、湿式氧化法、电解氧化法、臭氧催化氧化法)及生物法(好氧法、厌氧法)[2].而生物法具有降解效果好、人力物力投入小、无二次污染等优点,且处理费用明显低于物化法,目前普遍应用于石化废水处理[3].早在1978年,中国科学院对石油污染区域的降油微生物就进行了研究,并分离得到126株细菌和71株真菌,其中60%的细菌菌株和89%的真菌菌株具有脂酶活性[4].目前已发现约有100余属200多种微生物可以降解石油烃类,包括细菌、真菌、放线菌及藻类,其中细菌、真菌对石油的降解效果较好.由于降油细菌的数量庞大,在实际应用中主要以细菌类为主[5-7].如何提高菌株的降油率已成为生化法治理石油废水的研究热点.黄敏刚等[8]分别从新疆油田、大庆油田含油污水中分离得到2株高效石油降解菌,并对混合菌的降解效果及影响因素进行了探讨.梁生康等[9]分析了单菌株和混合菌株的降油率情况以及不同含油量对其降油率的影响,并通过模拟实验考察混合降油菌对胜利油田孤岛采油废水处理效果.史利荣等[10]对石油化工废水处理中活性污泥的微生物菌群及其降解效果进行了研究,结果表明不动杆菌属为活性污泥中的最优势菌属,芽孢杆菌属次之,且均具有较好的降解效果.本文从中国石油长庆石化公司污水处理站采集水样,对菌种进行驯化、分离纯化,筛选出优势菌种并对菌种鉴定到属.通过研究培养时间、含油量、pH、接种量及温度对降油率的影响,得出优势菌种的最优降解条件.咸阳市中国石油长庆石化公司污水处理站的处理能力为370m3/h,废水来源为工业废水和厂区内生活污水.根据《水和废水监测分析方法》(第四版)中水样的采集与保存方法采集水样,原油由该站提供,菌种取自该站曝气池及隔油池,用500mL的清洁无菌玻璃瓶采集活性污泥泥水混合液及污水水样[11].1.1 培养基(1) 无机盐培养基(原油为唯一碳源) 原油,K2HPO4 2.0g,KH2PO41.5g,NH4NO32.0g,无水Na2SO4 0.5g,微量元素液10mL,蒸馏水1 000mL,pH值7.0~7.4,121℃高压蒸汽灭菌20min备用;固体培养基再加入15~18g琼脂.其中,微量元素液组分为MgSO4·7H2O 2g,无水CaCl2 1g,FeSO4·7H2O 1g,ZnSO4·7H2O0.5g,CuSO4·5H2O 0.1g,蒸馏水1 000mL.(2) 富集、纯化培养基NaCl 5g,牛肉膏3g,蛋白胨10g,蒸馏水1 000mL, pH值7.0~7.4,121℃高压蒸汽灭菌20min备用;固体培养基再加入15~18g琼脂.1.2 菌种的驯化、分离纯化和鉴定取2mL泥水混合液/污水水样于100mL灭菌原油无机盐培养基(原油质量浓度为1g/L)中,30℃,180±2r/min摇床振荡培养8d后取2mL上述培养液于新鲜的原油培养基(原油质量浓度逐次增加为:2,3,4g/L)中再次培养8d,如此驯化4次.通过不断提高初始含油量来强化菌株的降解性能.取每次驯化后的菌悬液1mL在无基盐固体培养基上做稀释平板,30℃培养箱中培养3~5d后从上述培养皿中挑取生长良好的不同的单菌落,在纯化培养基上反复划线,直到得到单一菌种为止.最终分离得到2株优势石油降解细菌.通过查阅《常见细菌系统鉴定手册》[12]并利用16S rDNA基因序列法鉴定菌种,得到GA-4为芽孢杆菌属(Bacillus sp.),GA-6为不动杆菌属(Acinetobacter sp.). 2.1 确定石油醚溶液标准曲线方程将原油配制成70mg/L的石油醚溶液,以溶剂石油醚为空白样进行光谱扫描,绘制扫描光谱曲线如图1.由图1可知原油溶液有两个吸收峰:224nm和242nm.由于在波长224nm处溶剂对吸光度有一定的干扰,吸光值无法趋于稳定,而在波长242nm处吸光值保持稳定,所以最适测定波长选为242nm.采用紫外分光光度法测定降油率[13],以石油醚为溶剂将原油配成质量浓度分别为0,10,20,30,40,50,60,70mg/L的溶液,以石油醚为空白对照,在波长242nm处测定各溶液的吸光度值分别为0,0.179,0.344,0.52,0.681,0.853,1.022,1.227.得出油含量-吸光度值曲线方程:y=0.017 3x-0.000 6,R2=0.999 4.2.2 制备菌悬液将纯化好的各菌种挑取一环分别接种到35mL灭菌富集培养基中,30℃,180±2r/min摇床振荡培养,根据菌种的生长曲线来确定菌剂的培养时间,一般选用对数期末期作为菌剂培养时间,此时细菌的菌体量趋于最大且代谢活力较强[14]. 将菌悬液离心分离后得到菌体,在无菌条件下用无机盐培养液将菌体调为同一吸光度值的种子菌液.2.3 菌种降油率的测定取种子菌液1.5mL加入到50mL原油无机盐培养基中,以不加菌的摇瓶做为空白对照,30℃,180±2r/min摇床振荡培养7d.之后加入石油醚对残余石油进行萃取,每次加入量为10mL,共萃取3次,随后将萃取液混合.采用高速离心法将萃取液在5 000r/min条件下将石油醚溶液和水分离,以去除萃取液中残余水分.用石油醚将各组萃取液调为同一容量体积,取1mL萃取液加入到50mL比色管中,加石油醚到刻度线并充分摇匀.以石油醚作为对照,在波长242nm下测定吸光度,对照标准曲线求出各菌株的石油降解率.计算公式为式中,η为降油率(%),c0为空白摇瓶中剩余石油含量(g/L),cx为各摇瓶中剩余石油含量(g/L).3.1 菌株的生长曲线在富集培养基中分别接种一环GA-4菌、GA-6菌,30℃、180±2r/min摇床振荡培养,每隔一段时间测定菌剂的OD600值(溶液在600nm波长处的吸光值),利用菌体的吸光度来反应细菌培养液的浓度,见图2.由图2可知GA-4菌、GA-6菌分别在45h,15h达到对数期末期,所以分别选取此时作为种子菌液的培养时间.3.2 培养时间和含油量对降油率的影响经过7d摇床振荡培养后,测定不同培养时间和不同含油量条件下的降油率.由图3可知,随着培养时间的延长菌体对原油的降油率也在不断增加,同时GA-4菌、GA-6菌的降油速度随时间延长而逐渐减慢.当初始含油量为2g/L时,GA-4菌、GA-6菌的降油效果最好,7d的降油率分别为41.18%,34.82%;而当初始含油量≥2g/L时,GA-4菌、GA-6菌的降油率则随着油浓度的增加而降低:说明当初始含油率浓度大于2g/L时,随初始含油率浓度的增加,菌体的降油率不断减小.可见高浓度的石油烃对微生物的代谢生长有抑制作用,而少量的石油污染物反而会刺激降油微生物的生长[15].3.3 降解液pH对降油率的影响微生物对石油废水处理的最适pH值通常为中性7.0左右,也有相关文献报道很多石油烃降解菌的最适pH值偏弱碱性,略大于7.0[16].调节无机盐培养基(含油量为2g/L)的pH值分别为6.0,7.0,8.0,9.0,摇床振荡培养7d后测定不同pH值下的降油率.由图4可知,GA-4菌、GA-6菌的最适pH值分别为8.0,7.5.此时的降油效果最好,降油率分别为44.3%,36.8%.当pH值过高或过低时,溶液中H+或OH-浓度过高,引起微生物原生质膜的电荷变化,从而降低了微生物酶的催化反应和对营养物质的吸收,最终抑制了菌体的生长繁殖,使降解率变低[17].3.4 菌体接种量对降油率的影响将体积浓度分别为1%,2%,3%,4%,5%,6%的GA-4菌与GA-6菌加入无机盐培养基(含油量为2g/L)中,摇床振荡培养后测定不同接种量条件下的降油率.由图5可知当接种量小于5%时,随着菌体接种量的增加降油率也在不断增加;当GA-4菌、GA-6菌的接种量大于5%时,菌体的降油率随着接种量的增加开始降低,所以GA-4菌、GA-6菌的最优接种量为5%.3.5 降解温度对降油率的影响一般情况下,微生物的合适降解温度在20℃~30℃之间,在此范围内对石油烃的降解效果随着温度的提高而增大.温度过高或过低均会降低降解效果.合适的环境温度可以促进微生物体内酶促反应的快速运行,同时,温度决定了石油的物理状态,从而影响到微生物与石油碳氧化合物分子之间的相互作用,进而影响了生物降解速率.将GA-4菌、GA-6菌加入无机盐培养基(含油量为2g/L)中.摇床振荡培养7d,温度条件为15℃,20℃,25℃,30℃,35℃,测定其降油率.从图6可知GA-4菌、GA-6菌的最适降解温度分别为30℃,28℃.当温度小于30℃时,降油率随温度的升高增大;当温度大于30℃时,降油率随温度的升高有所减小.可能是因为随着温度的升高,水中溶解氧浓度降低,从而抑制了菌体的新陈代谢,使降油率变低.3.6 降解前后对照以不加菌的原油无机盐培养基摇瓶为对照样.对比可以看出,GA-4菌、GA-6菌摇瓶中菌液由原来的无色透明液体变为乳黄色,说明摇瓶中的菌体浓度增大;摇瓶中的原油量减少,已无油颗粒存在,乳化效果很好,原油降解效果明显.(1) 通过菌种的初筛、复筛分离得到2株优势降油菌,经初步鉴定GA-4菌为芽孢杆菌属(Bacillus sp.),GA-6菌为不动杆菌属(Acinetobacter sp.).(2) 对GA-4菌、GA-6菌进行降解条件优化,GA-4菌、GA-6菌的最优化降解条件分别为:30℃,pH为8.0,接种量为5%;28℃,pH为7.5,接种量为5%.(3) 与不加菌的摇瓶对照比较,GA-4菌、GA-6菌摇瓶中菌液由无色透明液体变为了乳黄色,摇瓶中的原油量明显减少,已无油颗粒存在,原油降解效果明显.【相关文献】[1] ZHANG Shujing.On problems in rare earth exports of China and counter measures[J].International Business and Management,2013,6(1):21-25.[2] 朱亦仁.环境污染治理技术[M].北京:中国环境科学出版社,1996: 76-90.ZHU Yiren.Environmental pollution treatment technology[M].Beijing:China Environmental 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第37卷第6期2006年12月 土 壤 通 报Chinese Journal of Soil Science Vol.37,No.6Dec.,2006油泥高效降解菌的筛选及其性能研究李 宝1,范成新13,王飞宇2(11中国科学院南京地理与湖泊研究所,江苏南京210008;21中国石油大学资源与信息学院,北京102249) 摘 要:从胜利油田及河南油田分离筛选出6株除油菌,对单一菌株和XT-4、F-2、C-2、A-1和AB-1菌组成的混合菌进行了性能评价,并对混合菌降解石油烃的能力进行了研究。
通过研究表明,混合菌在耐温、耐酸碱和耐矿化度方面均比单一菌种优越,混合菌具有更好的协同作用和对环境的适应性,其对含油量高和含盐量高的油泥具有很好的降解效果,当油泥含油量高达126g kg-1时,经过混合菌120d的降解,降解率可以达到61.35%。
关 键 词:石油降解菌;混合菌;性能评价;降解率中图分类号:S154139 文献标识码:A 文章编号:056423945(2006)0621179205 在石油开采、储运及加工过程中,常产生一些含油量较高的油泥,这些油泥如果任意堆放,将成为土壤的重要污染源。
首先,石油进入土壤后难以去除,残留时间长,使土壤中碳源大量增加,导致土壤中碳氮比失调和酸碱度的变化,破坏土壤结构,影响土壤的疏松程度和通气状况,对土壤自身的微生物和土壤植物生态系统产生危害[1]。
其次,石油成分复杂,毒性大,有的有致癌、致突变作用。
因此石油污染物通过食物链对人体产生巨大损害,为了解决含油污泥长期困扰油田回注水、外排水质超标以及污泥对土壤环境的污染问题,开展含油污泥的高效微生物降解研究,进行无害化处理是十分必要的。
目前,有关石油及其产品的微生物降解方面的研究常有报道,但这些研究大多数以分离鉴定微生物种类为主[2],对混合菌株性能评价以及它们对高含油量和高含盐量的油泥降解研究很少。
基于以上原因,本研究从胜利油田和河南油田等地筛选出高效降解菌6株,对混合菌优于单一菌的原因进行了分析,并将混合菌用于河南双河油泥的处理。
文献综述食品科学与工程石油烃降解菌的研究[摘要]石油烃降解菌,是一种能在油水表面上生长而降解石油的微生物,因土壤和近海中含有丰富的N、P等营养原料,所以在近海和土壤中的石油烃降解菌的密集度较高,然而,由于远海中会缺乏N、P等营养物质,所以石油降解菌的繁殖受到一定的制约。
当海水一旦受到石油的污染后,降解菌就不能很快消除污染物,所以培养适应能力和降解率高的石油降解菌是解决石油污染的主要方法。
[关键词]石油污染;石油烃降解菌;石油烃(TPH),微生物作为现代工业的关键燃料和原料,石油及其加工品广泛应用在生产和生活的各个领域,包括工业、军事、交通等各行业,但是随着石油工业的快速发展,石油同时也成为海洋环境的主要污染物.据初步统计,由于各种原因,全世界每年有约1.0×107t的石油进入海洋环境中,我国每年排入海洋的石油达1.15×105t[1]。
由于工艺水平的限制和处理技术的落后,大量含石油类的废水、废渣不可避免的被排入到生态环境中,严重了影响整个生态系统,尤其是土壤和海洋系统。
虽然石油在人类社会发展提供有力的能源来源,但伴随带来的环境污染问题也日益加剧。
土壤,是人类赖以生存的重要自然资源之一,要对受石油污染土壤进行完整的治理,并使它在短时间内达到可耕作的标准水平,对于保护生态环境、实现农业和工业的可持续发展具有非常重要的意义。
在污染土壤的各种治理的方法中,微生物修复法对环境破坏性小而且消费低而受到人们的重视,近年来的发展尤为迅速,在一定程度上为污染土壤的修复带来技术上的更新,也为解决石油污染问题带来新的希冀。
但是,从污染性质来看,即使油井关闭后,其对环境的影响仍会持续相当长的时间[2]。
这些都引起了社会各界的普遍关注,近年来,从中央到地方各大主要媒体对这一问题均作了大量专题报道[3]。
一、土壤石油污染的来源石油污染,一般指原油的初级加工产品(包括汽油、柴油等)以及各类石油的分解产物所造成的污染。
在石油的开采、加工和使用的过程中,造成的石油溢出和泄漏,对环境(空气、土壤、海洋等)产生极大的负面影响。
而土壤是作为物质流动和能量循环的重要环境,常常是污染物迁移、停留和积累的最终承受者。
石油污染物主要是通过五种方式进入到土壤中:⑴原油的泄漏和溢油意外引起的落地原油污染;⑵含油的矿渣、污泥和废物的堆放,导致石油向土壤渗透并向四周扩散;⑶使用含油污水灌溉农田;⑷汽车尾气的排放所产生的气态石油类污染物渗入到土壤中;⑸药剂污染,即作为各种杀虫剂、防腐剂的溶剂和乳化剂等的石油类物质随药剂使用而进入到土壤中。
在这些因素中,前三个因素是引起土壤石油污染最主要的原因,造成污染的面积最大,也是是土壤中污染物含量高的因素。
再者,井喷事故和输油管线的泄漏等产生的落地原油是土壤石油污染的主要原因之一。
同时,石油开采和回收过程中产生的含油污泥处理不当也是我国土壤石油污染的另一个主要原因。
目前,由于油田开发大多是采用了早期注水的方法保持地层压力,在原油脱水的过程中,脱水罐、污水罐等底部慢慢积累了大量的含油污泥;在油田、炼油厂的污水处理地(如隔油池底、曝气池等)也存在着大量的含油污泥。
据不完全统计,在我国的石油化学行业中,每年平均产生80万吨的罐底泥和池底泥。
再加上,对含油污泥的处置还不当,如露天放置、填埋等,导致土壤污染的问题愈加严重。
另外,据初步统计,全国因使用污水灌溉田地而导致的土壤污染面积达到9300公顷[4]。
二、石油类污染物对土壤的危害石油类污染物进入土壤之后,由于其具有难以去除并且残留时间长的特点,使土壤中的碳源大量增加,直接导致土壤中C:N比失调以及酸碱度的变化,破坏了土壤结构,给受污染土壤带来一系列的危害,对污染地区的生态环境产生巨大负面影响。
主要表现在以下四个方面[5]:1、对土壤理化性质的影响石油类污染物进入土壤后,由于其密度较小、粘着力强并且具有疏水性,因此在土壤中易与土粒粘连,堵塞土壤孔隙,影响土壤透水性、透气性;其次,由于石油烃中含有大量的有机碳,因此会改变土壤有机质的组成和结构,使碳、氮、磷比例严重失调;再次,土壤中的石油还限制营养元素从土壤颗粒进到土壤溶液,使土壤肥力下降;另外石油在土壤中的代谢中间产物具有一些特征官能团,能吸收和络合重金属离子,从而影响重金属在土壤一植物系统中的迁移转化[6]。
2、对土壤微生物群落的影响微生物是土壤生态系统中的重要成员,在土壤以及生物圈的物质循环和能量流动中起关键性作用。
国内外许多研究表明,由于石油组分对许多微生物具有毒性作用,因此污染物进入土壤之后能够导致土壤微生物群落结构及种群多样性的改变。
3、对动物和人类的影响石油污染物一般可以通过皮肤接触、呼吸、食用含污染物的食物等途径进入动物和人体内,影响多种器官的正常功能,引发多种疾病。
石油对蚯蚓有急性致死及慢性亚致死效应,有研究表明,当土壤中石油质量分数为1.5%时,蚯蚓生存7d的存活率低于40%;当石油质量分数为5%,蚯蚓存活时间不超过2周。
石油对鸟类的组织、器官也有损伤,长期摄入石油污染物能够导致胃出血和溃烂,损害肝脏,诱发神经失常,使雌鸟的产卵推迟,产出蛋壳厚度变薄,孵化率低。
在石油各组分中,芳香烃对生物的毒性最大,特别是多环芳烃(PAHs)。
大量的研究表明,多环芳烃具有致癌、致畸、致突变的作用。
而低沸点的燃料油及润滑油类能引起人体的麻醉、窒息、化学性肺炎和皮炎等[7]。
总之,进入土壤的石油烃能在多方面影响到土壤环境,对其生态系统造成严重的影响:1)土壤中TPH会堵塞土壤的孔隙,改变了土壤的成分和结构,引起土壤的碳氮比和碳磷比的失调;2)TPH会阻碍植物根端的吸收,造成根部的腐烂,从而影响植物的健康生长,导致产量降低;3)经吸收作用积累到植物内部的TPH具有致变、致癌、致畸形的危害,经过多种的食物链流入到动物和人体体内,最后就影响人体的健康质量;4)没被土壤吸收的TPH将渗入地下并污染地下水,增加污染的范围,对人类生活的环境引起多个层面的广泛影响[8]。
三、石油烃污染的修复虽然土壤对TPH具有一定的自净能力,能通过自身的特殊的物理、化学和生物学的变化来降低TPH污染的负面影响,但是,当TPH超过环境的自净范围时,这种自净能力就远远不能满足基本需求了。
经过人类的不断研究,渐渐有了以物理法、化学法和生生物修复法等的一系列人工修复TPH污染的方法。
但是在物理、化学、生物等治理方法中,只有利用微生物对石油的降解进行的生物修复处理对环境的副作用是最低的。
所以由于生物修复法具有费用低、不产生二次污染等优点,已成为环境污染治理的常用措施[9]。
TPH污染的生物修复技术,主要是指利用特定的生物(植物、微生物或原生动物)吸收、转化、清除或降解TPH污染,实现环境净化[10]。
由此,生物修复技术正是目前所需的技术。
四、微生物降解TPH的机理TPH的微生物降解过程,是TPH在水中的溶解度非常小,而且少数TPH还会强烈地附贴在土壤颗粒表面上,不易直接地被微生物所利用,最终限制了微生物对TPH的降解效率。
基于表面活性剂对石油烃具有一定的分散效果,所以有人提出用表面活性剂来提高TPH的溶解度。
但是,却发现浓度过高的表面活性剂会对菌株的生长繁殖和降解率,同样有明显的抑制效果,其大致原因是:l)表面活性剂与细胞膜里的物质发生相互作用,破坏了细胞膜;2)表面活性剂与酶或其他的蛋白质发生反应影响细胞的基本功能。
此外,作为碳源,表面活性剂可能被微生物优先消耗,从而降低微生物的降解率。
五、降解条件对TPH微生物降解的影响微生物对TPH的降解会受很多因素的影响,主要有营养物质的供给、pH值、温度、微生物的种类和微生物的数量等。
一般情况下,微生物的生长繁殖需要碳、氢、磷和其他各种矿物质元素。
外界条件中的氮和磷是限制微生物降解TPH的最主要因素。
研究表明,氮、磷营养物质的过量或缺乏都能限制石油烃的降解。
它的最好比例和细胞成分中的比例比较相近,质量比约为5.67:1[11]。
单单就降解效果而言,无机氮比有机氮的效果要好,硝酸氮比钱态氮要好。
所以,最好用非水溶性的尿酸作为微生物降解石油的氮源。
土壤中污染物氧化分解的最终电子受体的种类与浓度也影响着微生物修复的效果。
一般来说,微生物的氧化还原反应会以氧为电子受体,但在缺氧的条件下,也会以硫酸根离子和硝酸根离子作为电子受体。
但是,在厌氧条件下TPH的降解率比好氧条件下低很多,这也许与氧化还原电位有关。
同样,pH值对氧化还原电位也能产生极大的影响,从而影响TPH的降解率。
但pH值对TPH降解率的影响是非常复杂的。
在相同pH下,TPH的矿化与氧化还原电位会成正比;在不同的pH值下,由于微生物对营养物质的吸收、胞外酶的产生、微生物的吸附作用和分泌效果等都不相同,同时,不同微生物生长的最适宜pH的范围也不一样,这就导致了在不同pH的范围内,微生物在数量上存在明显的差异,例如真菌适合生长的pH值比细菌低,因此在pH<5的酸性土壤中,大多数的真菌数量就比细菌的数量多。
温度对微生物降解的影响,主要存在两种机理:1)温度的增加在一定程度上可以增加解吸常数和分配系数,从而提高底物的生物有效性;2)在给定的范围内,提高温度可以微生物的繁殖能力和活性,从而提高生物降解率[12]。
六、微生物修复受石油烃污染的土壤的发展前景在TPH污染土壤的治理过程中,要加强基因改造、克隆、基因转移等高新技术的实际运用,不断开发新的高效TPH降解菌,进一步完善生物修复技术,使其成熟化、系统化。
同时结合传统方法的优点、与微生物修复方法结合使其成为一个有机整体,不断开发无污染、高效率、低成本的土壤TPH污染微生物修复技术。
[参考文献][1] 宋志文,夏文香,曹军.海洋石油污染物的微生物降解与生物修复[J].生态学杂志,2004,23(3):99-102.[2] 任南琪,李建政.环境污染防治中的生物技术[M]. 北京: 化学工业出版社,2004, 17-22.[3] 国家环保总局信息中心, 国家海洋局. 环境质量调查报告[M].北京: 海洋出版社,2003: 14-18.[4] 张旭,李广贺,黄巍,石油烃污染土层生物修复模拟试验研究[J].清华大学学报(自然科学版),2000,40(11)106~108.[5] 贾晓平,吕晓瑜.海洋石油污染对海洋生物的影响10年研究的新进展及今后研究的趋势[J].海洋环境科学,1989,8(4):1-35.[6] 陈尧.中国近海石油污染现状及防治[J].工业安全与环保,2003,29(11):20-24.[7] P C Onianwa. Petroleum hydrocarbon pollution of urban topsoil in Ibadan City [J]. Environment International, 1995, 21(3): 341-343.[8] 任南琪,李建政.环境污染防治中的生物技术[M]. 北京: 化学工业出版社,2004,17-22.[9] 国家环保总局信息中心, 国家海洋局. 环境质量调查报告[M].北京:海洋出版社,2003:14-18.[10] 李习武,刘志培.石油烃类的微生物降解.微生物学报,2002,42(6):764~767.[11] 杨雪莲,李凤梅,刘婉婷,等.高效石油降解菌的筛选及其降解特性.农业环境科学学报,2008,27(1):0230~0233.[12] MOH··H, BOHTOB A. 石油污染对海洋生态系统的影响[J].海岸工程,1995,14(4):61-65.。