10 海洋微生物与海洋污染治理

1、海洋微生物与难降解物一、人类活动对海洋的污染1、生活废物及工业废物通过河流排入海洋2、大气沉降进入海洋。如DDT，PCBs、挥发性有机液体和气体。3、近海处置废物4、船舶排污5、近海石油生产海洋生物的富集能力，从而影响整个食物链。石油是最普遍、最显而易见、最可触知的持久性海洋污染物。且污染主要来自海洋。海洋环境中油的自净化作用 一、蒸发：油膜面积、温度、石油的组份：含碳数、沸点、油的蒸气压、海况：风速、碎浪、气泡 二、溶解 三、乳化作用四、光化学氧化作用五、微生物降解作用 海洋中的许多微生物可以降解石油中的碳氢化合物。部分微生物可以降解链皖烃（直链、分支和石蜡）、芳香族碳水化合物和含石蜡和芳香

2、环的复杂碳氢化合物。一般认为C10-C26之间的链皖烃是最容易降解的，苯、甲苯和二甲苯等低分子量的芳香族化合物是石油中发现的一类有毒化合物，也较易被部分微生物降解。具有复杂结构的化合物，如有分支和（或）浓缩苯环，对生物降解具有抗性。碳氢化合物的结构越复杂，含有的甲基分支和浓缩芳香环越多，就越难降解。二、处理泻油事故的物化方法1、建立油障。2、投加吸油材料3、使用化学分散剂4、燃烧5、海岸带用高压水枪清洗。难降解物的生物降解由于石油污染所造成海鸟死亡的可怕景象4.3.1 石油的性质和生物降解特性石油是含有烷烃、环烷烃、芳香烃及少量非烃化合物的复杂混合物。石油污染主要出现在采油区和石油运输事故现场

3、以及石化行业的工业废水中。石油成分的生物降解性与分子结构有关A链长度 链中等长度（C10C24）链很长的（C24以上）短链 B链结构 直链 支链 不饱和饱和 烷烃芳烃链末端有季碳原子（四周都与C相连）的烃以及多环芳烃极难降解 4.3.2 降解石油的微生物降解石油的微生物很多，据报道有200多种细菌 假单胞菌、棒杆菌属、微球菌属、产碱杆菌属放线菌 诺卡氏菌酵母菌 假丝酵母霉菌 青霉属、曲霉属藻类 蓝藻和绿藻4.3.3 石油的降解机理A链烷烃的降解 + O2R-CH2- CH2-CH3 R- CH2-CH2-COOH -氧化 CO2 + H2O CH2-COOH + R-COOHB无支链环烷烃的降

4、解 以环己烷为例 通常一些微生物只能将环烷变为环己酮，另一些微生物只能将环己酮氧化开链而不能氧化环己烷，两类以上微生物的协同作用下将污染物 彻底降解共代谢。C芳香烃芳香烃普遍具有生物毒性，但在低浓度范围内它们可以不同程度的被微生物分解。已知降解不同芳香烃的细菌类别 苯和酚的代谢苯、萘、菲、蒽的降解为如下图所示 苯的代谢三、生物降解方法1、接种石油降解菌正常情况下石油降解菌占1%，而污染严重的达到70%。一般需要2-4周才能发现显著的生物降解，3.d，而严重的地方就是一天之内就可以看到明显的降解。3.d。从石油污染的地点采集，筛选并扩大培养。基因工程细菌2、使用分散剂作用是增加细菌对石油的利用性

5、。商品化的是Sugee2，可促进原油中C17-28正烷烃降解。1989使用分散剂时，不要产生新的污染。微生物产的表面活性剂最好。Harvery 1990利用铜绿假单胞菌和SB30产生的糖脂类表面活性剂，可提高2-3倍。活性剂的浓度、接触时间、冲洗浓度、有无黄原胶等都有影响。3、使用氮磷营养盐石油降解菌生长的限制因素是N、P、K营养盐。缓释肥料:具有适合的释放速率,通过海潮可以将营养物质缓慢释放起出来。最初可迅速释放出营养物质，剩余营养物质在3-4周内释放完毕。美国Vigoro，块状肥料，14:3:3，亚异丁基双脲，自发水解释放出尿素、柠檬酸溶性磷肥。在低潮线和中潮线上放置。美国Sierra，颗

6、粒状Customblem，28:8:0，二烯化处理的菜油包衣，硝酸铵和磷酸铵，可缓慢释放，播种在海滩表面。亲油肥料在油相中獒合的营养盐可以促进细菌在表面生长。石蜡化的尿素和辛基磷酸盐加到漂浮的油中。以石蜡为载体的磷酸铵镁，Victavwet（2-乙基己基-二聚乙烯氧化物磷酸盐）及天然的亲脂性氮磷。如大豆磷脂和乙基脲基磷酸盐）法国Elf Aquitaine产Inipol EAP22，2，微滴乳化剂，尿素为核心，外保油酸载体，加入月桂酸磷酯作为稳定剂和磷源，加入2-丁氧基乙醇来降低粘度。水溶性肥料硝酸铵和三聚磷酸盐与海水混合，喷头喷洒。Inipol EAP22表现良好，在28*14的小区内，2-3

7、周后可看到海滩表面的石头变清洁。几周后油污全部消失。亲油肥料降低十八烷烃/植烷的比值为70，块状缓释肥料降低了30%，对照无变化。以色列1992年合成一种专利聚合物，土著微生物不能利用，而降解该聚合物的烃解细菌已经分离到。生物修复非常有效。海上石油的清除方法石油泄露后会形成较大的表面积，这碳原子数在12以下挥发性增加，少部分亲水性的分子物质更快的溶解在水里。光化学反应降解部分的化合物。泄露的原油最终分散在水体中。事实上，在较恶劣的天气情况下，原油几小时后就会分散在水体中，1973年，Shetland岛附近Braer发生的轻质原油泄露事故就是如此。另一种刺激生物降解的主要方法就是添加化学分散剂以

8、加速自然的分散过程。微生物是在油-水的界面发挥降解作用，分散剂的加入大大增加了微生物的附着面积。由于原油分散在一个巨大的水体中，微生物可获得足够的生长所需要的其它营养盐。Exxon公司的COREXITS9527和9500就是添加了表面活性剂的分散剂，因而提高了海洋环境中可生物降解的原油的去除速率。一种不含有基因工程菌而含有石油降解菌的商业产品在墨西哥海湾1990年的Mega Borg石油泄露事故去进行了实验，但没有看到相关数据来显示该产品的有效性。墨西哥海湾发生IXTOC井喷事故，泄露的石油没有象布列塔尼那样快速降解，大部分的石油形成了乳浊液，微生物在乳浊液的表面附着，但不能降解乳浊液内部的大

9、量石油，而水中的微生物则较快的降解了其它溶解在水中的石油。海岸石油的清除方法石油泄露在近岸，物理收集仍然是首选，Sea Empress在沙滩上石油泄露后，就刮取石油进入壕沟，然后用带真空泵卡车收集。Exxon Valdez石油泄露后，也是清洗原油入海，然后用撇油机收集。生物修复的目标石油残留物。一般情况下，农业排水可提高营养盐的浓度，但阿拉斯加是贫营养海域，生物修复主要通过添加肥料来减轻微生物生长的限制性因素。在Amoco Cadiz石油泄露事故中，大批石油污染了法国北部布列塔尼的海岸线。由于该区域经常接触压仓水，本认为该处会含有大量的降解石油的微生物，低分子量的化合物会比蒸发和溶解更快，从而

10、进行生物修复，但在Amoco Cadiz的实际过程中，生物修复经过一段延缓期后（一般2-4周）才较快的进行。而当Tanio油轮再次在布列塔尼发生石油泄露后，24小时内就可以检测到碳氢化合物的快速降解。海浪曝气和农业废水携带的大量N、P营养盐进入该水域，满足了石油降解菌生长所需要的物质。四、卤代烃的生物降解卤代烃有毒且比较稳定，对环境的危害较大。多氯联苯（PCBS），多溴联苯（PBBS）和DDT对生物具有毒性，绝大多数微生物缺乏分解石油和氯代烃的酶类。有必要筛选和构建工程菌。质粒的相互转移可能是解决目前困难的方法之一。含特殊质粒的多种菌株和具有潜在降解能力的野生菌共同生活在一个容器中，增加选择压

11、力，过一段时间可能选育出利用有毒化合物作碳源的新菌株。质粒辅助分子育种（plasmid-assisted moleculor breeding, PAMB）氯苯氧基的半衰期随浓度而发生变化氯苯氧基：1*10-6 25天； 1000*10-6 1-3年; 2,4,5-T 106天使用降解菌，30度温度 3天， 1*10-6 ，99%以上的2,4,5-T 1-2周，1次接种，10-2000*10-6 ，99-100% 6次接种，20000*10-6，99.5% 五、藻类对重金属的吸附水娱病是由于重金属汞（甲基汞）引起的。痛痛病是由于重金属锌引起的。稀浓度使传统的方法（化学沉淀、氧化还原反应、电化学处理和膜处理技术）不可行。藻类具有吸附重金属的能力。活藻的物理吸附（生物吸附）和化学吸附（生物积累）。5-40分内吸收的离子量的90%是通过生物吸附实现的，几天后，只有10%是生物积累。死藻细胞壁上的一系列多糖可吸附重金属离子，有的比活藻吸附某些重金属（铜、锌、隔等）的能