石油污染土壤的微生物修复技术研究

石油污染土壤的微生物修复技术研究摘要：石油是重要的能源和化工原料，石油在开采、运输、加工、使用过程中会对环境造成污染，其中以土壤污染最为严重。土壤是人类赖以生存的物质基础，石油资源的开发与利用需要建立在土壤良好的环境条件基础之上。石油在土壤中存在时间长，其成分复杂，会对土壤的物理性质和化学性质产生影响。由于石油污染物具有生物可降解性，利用微生物降解技术可以有效处理石油污染土壤。本文对石油污染土壤中微生物修复技术的研究进展进行综述，并分析了目前该技术存在的问题和未来发展趋势，以期为石油污染土壤的微生物修复技术的应用与研究提供参考[1]。关键词：石油；污染土壤；微生物修复技术引言：石油作为一种重要的能源和化工原料，是现代工业生产中不可或缺的基础原材料。在石油开采、运输、加工和使用过程中，石油会对土壤造成严重污染，尤其是石油烃污染。随着社会经济的发展和城市化进程的加快，石油资源在工业生产和人民生活中的应用日益广泛，从而导致石油污染问题日趋严重。近年来，我国石油开采、运输、加工和使用过程中产生的石油污染土壤问题日趋严重，已经引起社会各界广泛关注。据统计，我国每年因石油污染造成的直接经济损失高达数百亿元人民币[1]。土壤是人类生存的物质基础，石油污染物会对土壤生态环境造成严重危害，给人类社会带来了巨大损失。因此，开展石油污染土壤的修复技术研究具有重要意义。本文主要介绍了微生物修复技术在处理石油污染土壤方面的应用现状及发展前景，以期为今后该领域的研究提供参考。一、微生物降解石油的机理石油污染物的降解途径一般可以分为三个阶段：第一阶段，石油的轻烃化合物在土壤中被微生物代谢产生酸，形成有机酸，在有机酸脱氢作用下，烃类化合物被氧化分解成CO2和H2O，同时生成一些小分子化合物。第二阶段，原油中的烷烃被微生物代谢产生芳香族化合物，被氧化分解成小分子化合物。第一阶段和第二阶段主要是由微生物降解石油的中间产物，而第三阶段则是由最终产物。石油在土壤中经过生物降解后，石油成分发生变化。例如，烷基苯酚的含量在土壤中会逐渐减少；烷基苯酚不会被微生物吸收和利用；而烷基苯酚在土壤中存在的时间越长，土壤中烷基苯酚含量越低[2]。这是因为石油中的烷基苯酚会被微生物降解，而烷基苯酚不会被微生物利用。因此，微生物降解石油后，土壤中的石油组分发生变化，其中烷烃含量降低、芳香族烃含量增加、含氧官能团减少、含硫和含氮物减少。影响微生物对石油降解的因素有很多，如温度、pH值、营养物质等，但最重要的是土壤中微生物的数量和种类。研究表明，土壤中的微生物数量越多，多样性越高，越有利于降解石油。而且土壤中的微生物种类越丰富，对石油污染物的降解能力就越强。在相同条件下，石油烃中芳香族化合物的含量随着土壤微生物数量的增加而减少。因此，提高土壤中微生物的数量、多样性和丰富度可以提高微生物对石油降解的效率。二、微生物对石油的降解作用石油在土壤中的生物降解是一个复杂的过程，主要包括生物氧化、生物还原、生物转化等，其中生物氧化是指微生物将石油烃氧化分解为小分子碳氢化合物的过程；生物还原是指微生物将石油烃中的碳氢化合物还原为二氧化碳和水；生物转化是指微生物将石油烃转化为更简单的化合物。不同类型的微生物对石油的降解过程也不相同。石油降解菌可以将石油烃中的大分子物质通过氧化、还原或水解等方式分解成小分子物质。微生物降解石油还可利用多种非水相介质，如生物炭、有机质等，通过多种途径将石油降解为小分子物质。目前，石油降解研究的重点是利用微生物降解石油。微生物对石油的降解有多种方式，如好氧生物降解、好氧和厌氧混合菌群生物降解、兼性微生物降解、无机环境下的生物降解、共代谢等。其中，好氧生物降解是指微生物通过有氧呼吸将石油中的有机碳氧化分解成CO2和H2O；厌氧生物降解是指微生物将石油烃中的有机碳通过厌氧呼吸分解成CO2和水；兼性微生物降解是指微生物在无氧环境中将石油烃转化为CO2和水，或在有氧环境中将石油烃转化为更简单的化合物；无机环境下的生物降解是指微生物将石油中的无机碳还原成CO2和H2O。此外，还有部分微生物可以利用基因工程技术降解石油，如细菌可以利用抗生素或真菌代谢产生的酶来降解污染物。对石油污染土壤进行微生物修复时，不仅要考虑到污染物在土壤中的迁移过程，还应考虑到土壤中的营养元素等因素[3]。三、生物强化技术生物强化技术是指在石油污染土壤中添加一些营养物质或添加一些微生物制剂，以提高微生物的代谢活性、降解效率或增强石油降解菌的修复能力。生物强化技术是当前生物修复领域研究的热点和前沿技术之一。生物强化技术可分为物理强化、化学强化、基因工程等三类。其中，物理强化技术包括添加表面活性剂、有机溶剂或利用热/高压等方法，其作用机理是通过降低石油的表面张力，促进石油污染物与土壤颗粒的接触，提高污染物在土壤中的停留时间。化学强化技术主要包括向土壤中添加有机溶剂，如甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、甲醇等，可以增加污染物在土壤中的溶解度，从而提高污染物的生物可利用性。基因工程技术是将外源基因导入到微生物中，改变微生物的代谢活性或基因序列，提高微生物对污染物的降解效率。化学强化技术包括向土壤中添加含氯离子和表面活性剂类物质，通过改变微生物对环境中有机物的吸收速率，增强微生物降解有机污染物的能力。基因工程技术主要包括诱变育种、转基因等方法。四、微生物修复技术在实际中的应用（一）利用微生物对石油污染土壤进行降解利用微生物对石油污染土壤进行降解，以达到石油污染物无害化。对土壤进行生物降解处理可以降低石油污染物对土壤环境的污染，还可以减少污染物对人体健康的影响。在实际操作中，一般先将石油污染土壤进行取样，然后利用微生物处理设备将样品处理并检测石油降解程度。对于那些活性低的污染物，可以用活性炭或其他吸附材料对其进行吸附处理；对于活性高的污染物，则可以直接利用生物降解设备进行降解处理[4]。（二）利用微生物技术处理石油污染土壤利用微生物技术处理石油污染土壤，不仅可以有效降低污染土壤中的石油浓度，还可以使污染土壤中的一些难降解化合物转化为无毒物质而被彻底去除。微生物对污染物的降解主要是通过微生物代谢作用来实现的，因此修复效率高且效果显著。五、问题与展望（一）石油污染土壤中微生物修复技术的研究主要集中在单菌降解，缺乏复合降解菌的协同作用研究，并且相关的研究成果较少。因此，需要开展复合降解菌对石油污染物的降解作用研究，筛选出高效降解菌，为石油污染土壤的生物修复提供理论依据。在石油污染土壤中，单一微生物对石油污染物的降解效果有限，往往需要多种微生物协同作用，才能使土壤中的石油污染物得到高效降解。（二）石油污染土壤中微生物种类复杂，微生物生长繁殖条件苛刻，高效降解菌株的筛选困难，缺乏对不同种类微生物之间相互作用机理的研究。在石油污染土壤中，不同种类的微生物降解石油的机理不尽相同，主要有烷烃、芳香族烃和含氧官能团等。有些降解菌对烷烃的降解效果较好，有些对芳香族烃的降解效果较好，还有些则对含氧官能团的降解效果较好。因此，需要开展微生物代谢产物与环境因子之间相互作用的机理研究，筛选出高效降解菌株。（三）石油污染土壤中微生物数量巨大，相关研究中对降解菌数量进行了测量，但缺乏对不同降解菌数量之间相互关系的研究。在石油污染土壤中，不同降解菌的数量随着时间的推移而增加，但其数量之间是否存在某种关系，目前尚无定论。有些学者认为降解菌数量与石油污染物的降解效率呈正相关，但也有学者认为降解菌数量与石油污染物的降解效率呈负相关。因此，需要加强对石油污染土壤中微生物数量的测量和评价，为后续研究提供参考。结束语：随着石油的广泛使用，其对土壤的污染问题日益严重。微生物修复技术在土壤污染治理方面具有高效、快速等优点，但是仍然存在一些问题，如石油污染土壤中的降解菌株在驯化过程中易失去原有的生理活性；石油污染土壤中的微生物降解机制还不够清楚；石油污染物的降解过程与多种微生物的协同作用关系还不清楚；石油污染土壤中微生物数量少、活性差，难以满足微生物修复要求等。因此，需要继续加强对石油污染土壤中微生物降解机制的研究，通过基因工程手段提高石油污染土壤中微生物的数量和活性，并根据实际情况不断优化微生物降解石油污染物的工艺条件，提高修复效率。参考文献：[1]王利平.石油污染土壤的微生物修复技术研究[J].陕西农业科学,2022,第68卷(10):97-100.

[2]潘云飞,唐正,彭欣怡等.石油烃污染土壤微生物修复技术研