【海洋溢油污染微生物降解技术及应用探究13000字（论文）】

海洋溢油污染的现状及危害海上发生溢油灾难对海洋生态环境的破坏是巨大的，尤其是发生大型船舶造成的溢油污染事故，会引起海域缺氧导致鱼类、鸟禽死亡，并使水体受到污染；这种溢油污染的危害可通过海鲜类食品进入到人类生活中，使人体内脏发生病变，这种污染危害很难被避免。近年来一些大型漏油事故经过新闻报道进入人们视野，而另外一些小的溢油事故却极少被人们关注，据统计年总溢油量的85%～90%[4]。1.1海洋溢油污染的现状1）海洋溢油污染的来源石油能源是人类提高社会经济发展不可或缺的因素，自1980年以来，人类开始进入到了石油时代。随着科学技术和社会日常用品的猛烈发展，石油在生产和生活中起到举足轻重的作用。石油虽然能更好的造福人类，却也能给人类带来更多的危害。海洋是每个国家海洋航运业的必经之路，高发的溢油事故使海洋生态环境遭受到了巨大的影响。在海洋环境中，石油污染的来源是多方面的，以航运污染、大气污染、陆地污染等为主。其中海上航运过程中造成的油泄漏导致海洋大面积污染最大，发生频率最高。据我国海洋环境专家统计，全世界范围内每年的油轮运输量达到2×1010t，我国港口油类吞吐量已突破7×108t.虽然巨大的油类吞吐量拉动了国内经济的发展，但是却给海洋造成了严重的污染。据国外海洋学家统计，海上船舶溢油事故和海上油井溢油事故造成海洋石油污染2.2×106t。近代史上英格兰西南海岸曾发生严重的溢油污染事件，超过110000吨的原油扩散在海洋中，近年发生的渤海湾溢油事故也被全世界所关注。据相关媒体报道称2007年12月，一艘名为“河北精神号”的油船载着石油在韩国西海岸进港时，遭受到拖轮的撞击造成数万吨石油扩散到海上，导致本地的环境受到严重危害[5]。2）海洋溢油污染物存在形式一旦发生溢油事故，石油流入到水体中，一般情况下会以海面上漂浮的油膜、溶解分散形态、乳浊液态、凝聚态残留物四种形式存在。（1）海面上漂浮的油膜由于水密度大于油的密度，所以当油体进入到水中会以油膜形式存在。油的粒径较大，大于100，占含油量的70%～80%，是油体进入水中的初始状态[6]。（2）溶解分散形态发生溢油事故时，由于在水中的油的极性组分会有一个溶解过程，油的溶解度大小取决于油里极性组分的含量。少部分油物质会溶解在水中分布。分散过程包括油中含有液滴形式的水。（3）乳浊液态当船舶漏油事件发生后，油体一旦融入海水中并在大风大浪的催动下会产生乳化反应。初期会形成较厚的油膜，但在风浪的作用下，油膜会被打破变成乳化物。油体在海水中以两种乳化类型存在：一种是形成水包油形态；另一种是油包水形态。第二种形态由于结构特征不利于被微生物降解，所以可在海上漂浮三个月以上。（4）凝聚态残留物这种形式以凝聚态残余油下沉于水底沉积物中，通常在水底被一些沉积物覆盖，导致凝聚态油体降解的过程十分缓慢。1.2海洋溢油污染的危害石油污染对海洋环境具有严重的危害性，给海洋环境带来损坏的同时，也间接影响着人类的生活环境。具体的危害有：对生物的危害、对人类社会的危害、对环境的危害。1）海洋溢油污染对生物的危害油体融进海水中形成的大规模油膜覆盖在海水表面上，海水与外界空气不能正常进行氧气交换，同时也使太阳的辐射能量无法正常进入到海底，阻碍了海底深处植物的光合反应。由于油膜的存在，浮游海洋生物吸收了油膜，造成大量的死亡。油膜不仅仅是对海洋底下生物产生影响，比如还包括对海面上空的鸟类生物也造成了危害，海鸟的羽毛上沾满了油膜，使其负重影响飞行平衡，还会使它们失去飞行的能力，最终导致死亡。石油对海洋生物能产生化学毒素，油的种类不同产生的毒性也有所差异。芳香烃的毒性最为强烈，按照芳香烃、烯烃、环烃、琏烃的顺序，毒性依次变弱[7]。石油烃主要损伤生物的细胞膜的通透性，影响细胞的正常生理过程。严重的石油污染会改变物种的分布从而导致群落多样性受到破坏。例如藻类石油烃类化合物的影响，失去固着能力，从而导致物种丰富度减少，改变了海域的多样性。2）海洋溢油污染对人类社会的危害海洋里存在的各种资源对于人类来说是一个宝贵的财富，是能满足我国进行可持续发展战略的基础。海洋一旦遭受到了石油污染，人类的海洋养殖业和捕捞业将会受到严重的影响，也严重威胁到人类的身体健康：因为石油是具有毒素作用，对海洋生物产生毒害，随着食物链循环最后汇集到人体内；海洋水循环受到影响，导致海洋荒漠化现象日益严重，气候变化问题加重，最终影响环境可持续发展[8]。3）海洋溢油污染对环境的危害由于油膜漂流在海水面上，严重妨碍了海水对光辐射的汲取。海洋溢油污染不仅会对海洋产生负面的影响，还会影响到极地冰面上：油膜覆盖在冰面上，冰面吸热能力增加，从而促进了冰层的融化速度加快，最终威胁了世界海平面变化，且会长期影响生态气温变化。溢油事故也会污染沿海区域的生态环境，例如1983年12月，大型邮轮“东方大使”号在青岛附近海域触礁事故的发生，溢油量超3000t，对青岛海域造成巨大的污染损失。1.3海洋溢油污染的修复技术面对严峻的海洋溢油污染问题，我们必须清楚的意识到保护海洋环境的重要性。人们早在上世纪80年代就想通过只处理海表面的油体来保护环境，但是由于油可以沉到海底，从而忽视了乳化形态、凝聚态沉积物的油体。这样的处理方法无疑是没办法除掉海洋溢油所造成的污染，还引起新的污染，甚至使污染问题加重。随着科学的发展和进步，人类目前对于海洋溢油污染的处理方法具有合理性、科学性，主要方法有：物理、化学和生物修复技术。1）海洋物理修复技术物理修复技术主要是建立起油障机械装置对海面污染物进行回收。这种技术相对来说是比较安全、简单和有效的修复技术。但是由于易受环境条件的恶劣影响其回收率，从根本上也不能解决问题，只适用于突发溢油情况的发生。实际中投入的物理修复技术有：制作吸油材料有下列几种形式[9]。见表1-1。表1-1常见吸油材料常见吸油材料主要材料高分子材料聚乙烯、聚丙烯、聚醋等；无机材料硅藻土、珍珠岩、浮石等；纤维稻草、麦秆、木屑等；撇油器：在油体物化不被改变本质的情况下将其回收，常用撇油器有以下三种[10]，见图1-1。图1-1常用撇油器2）海洋化学修复技术化学修复技术主要原理是向溢油污染区域投入化学试剂，使其与油体发生化学反应，改变油体的物理化学性质，将其回收。但是这种方法并没有彻底解决污染物，甚至在使用过程中会产生有毒副产物，所以在投入使用化学修复技术时，必须要谨慎使用。该修复技术主要包括有以下几种[11]：表面收集剂这是一种表面活性剂，由于油扩散压力小于该试剂，所以当试剂投入到油边缘时，会限制油体的扩散，起到围油栏的作用。这种方法看似简单、实用。但是表明活性剂抵挡不住大风大浪的冲击，故该试剂只能用于小范围平静的海面上。抗乳化剂该试剂的亲油性非常强，当以低浓度使用时，投入到溢油区域上，可以长时间防止溢油形成乳化态，还可以降低油水界面的张力，使油体分散。但是因为其反应原理的限制，所以只能用于小规模的溢油事故中。胶凝剂胶凝剂能使海面上的油膜凝结，形成稠状的胶，然后被抽吸设备回收。该作业可以在4级海况下进行，在某种层次上突破了一般回收方法受海况气象的限制。3）海洋生物修复技术海洋生物修复技术是包括利用海洋动植物以及海洋微生物吸收、降解、转化海水中的油类污染物。一般分为三种方法植物、动物、微生物修复。在这三种修复形式中，微生物修复技术是最常用的方法，这种方法主要在于微生物的分解能力，并且无任何副作用，具有很好的经济效益、社会效益、环境效益，是当前治理海洋污染的主要研究的方向，具有广阔的前景。本文主要以生物修复技术中的微生物修复方法来研究海洋溢油污染的问题。2海洋溢油污染微生物降解技术2.1降解海洋石油烷烃微生物的种类海洋中约有上百种微生物能降解石油化合物。其中，无色杆菌（Achromobacter）、海杆菌（Marinobacter）、嗜油菌（Oleiphilus）、弧菌（Vibrio）等的细菌是常见的微生物石油降解菌。油螺旋菌（Oleispira）[12]、解环菌（Cycloclasticus）X和食烷菌（Alcanivorax）[13]等菌属是近年发现的微生物石油降解菌。2.2海洋低温石油微生物降解菌海洋多数地区的年度平均温度处在15℃以下，这个温度下的石油烃挥发性极低，毒性较强，对海洋生态环境造成的威胁很大。微生物降解技术的效率也会受此影响，效率会大大降低。但是1995年Siron等学者在南极冰面研究出两株石油降解菌可在极低温度下发挥作用。低温微生物一般分为耐冷菌和嗜冷菌两类，它们的区别在于，前一类可在0℃的条件下进行细胞分裂，并且最适成长温度大于15℃，最高生长温度大于20℃，另一类最适成长温度小于等于15℃，最高生长温度大于等于20℃。海洋海底深处是属于高压、低温的环境。由于技术有限的原因，现代科技提取海底深处的石油降解菌的数量是稀缺的，但是γ-变形菌纲菌种占主要，代表的类型有海单胞菌（Marinomonas）、深海弯曲菌（Thalassolituus）等。2010年墨西哥湾发生一起溢油事故后，有关专家在该地区的海底深处石油污染区域内挑选出多株低温石油降解菌，其中就有科尔韦氏菌（Colwellia）[14]。2.3微生物降解技术的机理石油是由环烷烃、芳香烃、链烷烃及少量非烃化合物组成的混合物。在生态中相对丰度表示为该群落内物种数目的多少。不同的海洋石油污染物中各类烷烃成分的相对丰度是不同的，如表2-1所示[15]。有一些微生物将烯烃代谢生成不饱和的脂肪酸，从而形成带支链的脂肪酸并进行降解。另一些微生物是经历亚末端氧化，生成仲醇，并依次被氧化成酮或酯，酯经过水解，形成伯醇和脂肪酸，再进行进一步的氧化分解。表2-1石油污染物中烷烃的相对丰度烷烃组分名称丰富度/%正十三烷1.512，6-二甲基十一烷1.9117-甲基十三烷4.15正十四烷3.232，6，10-三甲基十二烷6.532，6，10-三甲基十三烷5.502，6，10-三甲基十四烷1.68正十五烷8.78正十六烷7.792，6，10-三甲基十五烷6.54正十七烷7.612，6，10，14-四甲基十五烷8.82正十八烷6.562，6，10，14-四甲基十六烷11.66正十九烷5.82正二十烷4.75正二十一烷3.42正二十二烷2.37正二十四烷1.352.4影响微生物降解技术的因素微生物降解技术主要受以下4种因素影响：（1）石油的化学组成石油类型的不同对微生物降解速率影响非常大。常态下的直链烷烃被降解次数最多，高分子芳香烃被少数降解，但是粘稠的胶体极难被降解。因为微生物代谢的过程会产生非烃化合物，导致油体中的非烃化合物上升。（2）石油的物理状态一般情况下微生物只在水中对烷烃化合物起作用，降解时也需要较多的氧气参与，所以微生物降解石油的过程主要发生在油水分界面上。油分散的面积越大，越有利于微生物与石油的接触，还可以使微生物汲取大量的氧和营养源。据有关专家研究发现，多环芳烃只溶解在水中的部分才能被微生物胞内产物所利用。微生物和石油会发生乳化反应，产生小液滴，这种小液滴在水中分散开来，从而易于微生物进行降解。（3）温度和ph值微生物的降解需要酶的参与，影响其降解速率在于酶是否处在一个适宜的温度范围内。对于一些好氧菌群来说，它们降解石油的环境温度最佳在15～30℃之间。若是温度越高，则烷烃化合物的毒性越大；微生物的降解也需要一个合适的ph值范围，一般情况下保持在4～9范围内的微生物状态最佳。有专家研究表明，微生物降解速率受适宜的环境温度影响，如石油烷烃化合物在环境温度为25℃是5℃时的10倍左右，即环境温度的变化会明显地影响微生物对烷烃的降解速率。（4）营养物质和氧微生物的营养物离不开氮和磷。细菌需要多种微量元素，如：Mg、K、Mn、Zn、Cu、Mo和Co等。由于油体中有大量碳源和水中有足够微量元素给微生物所利用，但是缺少N和P的营养盐，所以会导致微生物降解菌的生长受到影响。有专家表明，即使是高浓度的条件下也会抑制微生物的生长。绝大多数微生物降解菌都是好氧菌，所以水中是否有足够的含氧量是十分关键的。有关数据确认，每降解1ml的烃要消耗3～4mg的氧。据大连湾的大窟湾研究数据表明，水中溶解量波动在5.69～12.34ml之间，说明表水层不会出现缺氧迹象，所以细菌的生长和对烃的降解不会被影响。经现场观察可发现，处在薄油层且与有较大接触面积的分散油滴的生物降解速度快，而沉积物中的烃缺少氧导致其降解速度变慢。2.5提高微生物降解修复技术效果的方法（1）引入效率高的石油降解微生物在污染严重的区域，会存在一些土著石油降解微生物，一般情况下，土著石油降解微生物的数量是稀少的，若想产生降解效率高的效果，土著微生物需要去高浓度的环境。故引入高效的石油降解微生物，在短期内是提高微生物降解技术的有效方法。具体可采用基因工程技术获得这种降解菌。如1990年墨西哥湾在处理溢油事故时，采用此方法，生物修复技术有了明显的提升[16]。表面活性物质的增加表面活性物质时由具有亲水性的极性基团和憎水性的非极性基因组成的有机化合物。该表明活性物质溶于水后，使水的表面张力降低，提高了有机化合物的可溶性。所以我们可通过表面活性物质的增加来提高石油的可溶性，从而达到提高微生物降解技术的修复效果。一般情况下，从表明活性物质的来源来看主要讲其分为两类，一类是化学表面活性物质、另一类是生物表面活性物质。因为化学活性物质是有极限的，故使用该物质时不能投入过大的浓度。当前研究的主要方向是具有高效且无污染的生物表面活性物质。生物的表面活性物质是微生物自发形成的一种大分子代谢产物，与化学活性物质的效果一样，提高石油组分的张力使其更有效的降解于水中。营养物质的添加当发生溢油事故时，在石油污染的海域内，因受到水动力条件变化的干扰，导致水中的营养成分流失，微生物无法获得所需的营养物质来维持生长，大大影响了石油降解效率。据有关学者对此进行研究实验，发现生物降解效果明显提高了3～5倍[17]。表2-2为石油微生物降解的实验结果[17]。表2-2石油微生物降解实验结果实验号油的品种营养剂/油%温度℃油减少率%A阿拉伯轻油21414B阿拉伯轻油201462C阿拉伯轻油201462D阿拉伯轻油201465E阿拉伯轻油01618F阿拉伯轻油201679G阿拉伯轻油01823H阿拉伯轻油101864I阿拉伯轻油101863JAshtart70%Zarzaitine30%01830KAshtart70%Zarzaitine30%101870LAshtart70%Zarzaitine30%201868MM’wengui01824NM’wengui101863该实验结果表明，营养物质的添加可以促进微生物对石油烃的降解，油的减少百分率从30%提高到60%以上。3微生物降解修复技术的应用由于微生物自身原因在修复过程中是缓慢进行的，在突发溢油情况下难以实际的投入使用，生物修复的根本在于石油烷烃化合物被自然界中微生物降解的新陈代谢作用，所以现代的微生物降解修复技术指的是人工下研发的微生物降解技术。早在20世纪80年代末美国在ExxonVadez油轮突发一起溢油事故，事故中就是应用了微生物修复技术，在短时间内有效的清除了石油污染，保护了海洋生态环境的稳定性，这是一项微生物降解技术应用的先河，同时也为未来微生物技术在治理海上溢油污染的应用提供了方向[18]。3.1微生物的筛选及应用早期专家们是从石油污染环境中提取合适的微生物进行研究的，将其使用在受石油污染的环境中降解油污；现代的生物添加剂有：Type1，DBCPlus；Petrode-200；PhenobacPetrodeg100等。3.1.1微生物的筛选针对降解石油的微生物筛选的工作较多，如我国专家张景来[19]等人曾报道过2个适应能力很强的菌株（SY1和SY2）在营养环境不足的条件下对石油的降解率分别为41.3%和42.6%。这些数据表明该菌株具有较宽的底物可利用，这在关于研究微生物降解在海上溢油的治理中具有良好的应用前景。从大连新港溢油污染区域内采集了海底沉淀物的样品，经过筛选后得到4株海洋厌氧菌，并对4株菌株的石油降解能力进行测试，石油降解率的曲线如图3-1所示[20]。采用紫外线对微生物降解后剩余的石油量进行测定，并算出降解率。图3-1石油降解标准曲线如图3-2所示[21]，实验表明Vagococcussp.38的石油降解率性能高达44.31%。Vagococcus菌属是一种独特的革兰氏阳性菌体，该菌体首次发现于1989年，并被有关学者命名为Vagococcusfluvialis，即河流漫游球菌[22]。此外在水生动物体内可分离出该微生物菌株，现在的科研方向是对益生菌的潜力展开探究，如学者SorrozaL等人从鱼体内分出的几十种微生物。据研究表明，只有Vagococcusfluvialis能抵抗易染病菌，极大程度上提高了鱼的存活率，专家RomanL等人研究发现Vagococcusfluvialis对物种的免疫系统有刺激性作用。本次科学探究初次从石油污染区中筛选出该菌株的厌氧微生物，但是尚没有有关科学依据能证实报道Vago-coccus的菌株具有降解石油的特点。即使菌株的进化地位非常相近，但是微生物的代谢机理不完全相同，降解石油的性能也有所差异。该研究结果为今后海洋溢油污染的利用厌氧微生物修复技术奠定了基础，具有巨大的潜力。图3-24株菌株的石油降解率3.1.2微生物的培育及应用据国外有关报道称，英国早已在20世纪90年代在处理溢油事故中初次不使用物理修复技术和化学修复技术的条件下，用微生物混合培养的实验品与N.P营养盐的方法，在海上完成了一次清除漂浮在海面上的油膜实验，该微生物在短时间内可以把油分子变成脂酸乳状液，并且不会造成二次污染的问题。美国也早已研究出此方法成功降解了德克萨斯州海岸的溢油污染事故。正常情况下，一种细菌只降解少数石油烃，但选用混合微生物菌属会增加降解速率。在日本海洋生物技术研究中所制成的4种微生物的混合培养物在处理海洋溢油事故中取得有效成果。3.2微生物固定化修复技术微生物固定化修复技术是早在20世纪60年代由固定化酶技术引发起来的一项生物处理技术。该技术是选用物理和化学的技术，把游离的生物细胞稳固在控制的区域内，使环境对生物的影响大大降低，并保证其活性能在适用的范围内，是一项可以反复利用的技术。该技术的优点是微生物对环境的耐受性变强、活性高、损失少且生物的稳定性良好，且不会造成对环境的第二次污染等[23]。3.2.1固定化修复技术的应用在目前研究中，对于微生物固定化修复技术主要方向有2种，一种是固定化菌剂的实现，另一种是固定化载体材料的筛选。对于溢油事故而言，固定化石油污染降解菌剂在一定程度上突破了海洋溢油污染微生物技术方面遇到的难点。下列一些例子介绍了固定化修复技术在海洋溢油污染中的应用进展。我国近年来发生的岸滩溢油事故中，专家高祥兴[24]等人利用了乙烯醇(PVA)和海藻酸钠制成了石油降解菌固化剂，在此事故中投入使用，且获得了较好的修复效果。这种方法的优点在于制作简单、生物相容性好、重复利用性高等。但是因为其原料中的乙烯醇难以被降解，会对环境造成二次污染危害。据外国专家ARGentili等人研究发现，他们模拟一块海水区域进行实验，在区域内添加石油，利用螃蟹壳废弃物中的几丁质和壳聚糖作为固定化载体，并使其投放在布兰卡港岸滩中挑选出的微生物。其方法的缺点是几丁质和壳聚糖的制造成本高，在对于大规模的溢油事故情况下难以进行修复应用。近年我国黄岛输油管路发生爆炸，部分岸滩遭受了严重的溢油污染影响。使用固定化菌剂对溢油区域进行现场修复如图3-3[25]。本次现场修复使用总计200L的发酵菌液，先将制成的固定化菌剂颗粒放在网袋内，约50g/袋。实验日期开始于2013年12月17日，在溢油污染区域选择2个实验方块（1mⅹ1m），在溢油污染区域表面放置固定化菌剂的网袋，用绳索在现场加以固定住，在附近空出一块未处理的区域作为对照区。分别在0d、7d、30d、70d、129d采集处理区和对照区域的泥质，并将沉积物样品冷藏于零下80℃的低温冰箱中。图3-3溢油生物修复位点对该实验区域进行取样分析发现，129d的区域实验，对溢油的修复效果如图3-4所示。经过分析得出生物处理过的区域前30d降解率变化较为显著，与未经过处理的对照区域对比最为显著，呈现增加趋势。30d~60d降解率变化较小，维持在56%~57%，但129d降解率达到67%，而未处理的对照区降解率仅为46%。图3-4岸滩沉积物原油残留量目前大多数固定化修复技术在研究海洋溢油污染问题时，都处于在实验室阶段。究其原因在于这种技术的载体材料的成本较高，技术工艺复杂，且只能用于小规模的溢油事故。在这些因素的影响下，我们都难以在实际中把固定化修复技术应用起来。因此，是否能研发出一种低成本、无污染、降解速率快的固定化菌体是目前关于微生物降解在海洋溢油事故应用的方向之一。该种技术的天然材料、良好的生物相容性、易获取性是具有很好的应用潜力。3.2.2生物碳固定化修复技术的应用及优势国外学者parkhus[26]等人在1967年首次确认了活性炭能为微生物菌体提供有更好的生长环境，对此各专家开始进行深入探讨研究，其各种临床实验结果表明了微生物可以利用活性炭作为自己的栖息地，原因是由活性炭自身的孔隙结构决定，使微生物能不易受不良环境的因素影响。据国内的专家研究发现，碳质材料的表面积、孔容积、金属化合物等因素会影响载体表面上的微生物。有关专家以生物炭为载体基础探究固定化微生物修复技术发现其处理效果比原先实验高出2.6倍[27]，该实验采用颗粒活性炭作为主要载体，微生物吸附在其表面，投入到高盐度含油污水中进行二到三次观察，实验最后发现活性炭上的微生物形成了生物膜。国内学者张秀霞[28]等人将高效的石油降解菌株通过吸附固定化方法固定在生物大分子仿合成的多孔纳米氧化硅载体上，最终制作成了固定化菌药剂，将其投放在土壤石油污染模拟实验中，其结果发现固定化菌药剂的使用明显增加了降解石油的速率。经过多次实验的重复操作，证实了该方法制作的菌药剂对石油污染物有着良好的降解效果。该固定化技术的缺点是采用的是吸附法，多空纳米氧化硅载体与附在其表明上的微生物结合并不稳定，微生物易脱落。但是载体材料是无毒无害的，如若把该技术投入在海洋环境中更容易被释放，可以把该技术发展在治理海洋溢油污染的应用中具有很大的潜力。生物碳固定化修复技术的关键在于选择出合适的载体，不同类别的载体决定不同方法的固定化技术。无论何种载体，都应该具备以下七种特点：1具备抵抗物理降解、生物降解的、化学降解的稳定性，同时其结构稳定性和机械强度能忍受极端环境下ph值和温度的影响，不易受破坏2.确保微生物本身的细胞不会因载体本身因素受到损伤。3.固定化菌体颗粒得大小和孔隙可以被控制。4.为节约成本，要使每单位量的载体能固定足够多的微生物。5.固定化菌药剂不能阻止底物和代谢物的自由扩散。6.固定化的方法要简单、可控，其条件尽量温和。7.固定化方法成本要低，可回收重复进行使用。国内外的研究表明，在生态环境中存在大量的木炭、焦炭等生物碳质，这些碳质都有丰富的孔隙结构，且吸附性能较强，若是应用在海洋溢油污染中，它们不仅能吸附石油，还可以作为微生物固定化技术的载体，投放到海水中，该方法相对于其他有机载体材料简单，成本低，原料充足，还可以循环使用，使资源的重复使用率提升。生物碳指的是大气、水、土地等有机体在无氧条件下分解成的富碳固体。据研究表明，生物碳的性质跟生物质原料相比较为稳定，能长时间在环境中生存，同时土壤中的生物碳也能抑制温室气体的释放，所以生物碳在缓解全球变暖的气候上也具有一定的潜力。我国学者陈宝粮[29]等人用松针作为原料，在不同炭化温度下（100~700℃），制作了多种生物碳，用以作吸附剂，主要研究对水体4-硝基甲苯的吸附性，结果表明生物碳质吸附剂可以容纳多种4-硝基甲苯，具有很强的吸附力。对4-硝基甲苯的等温吸附曲线是符合Freundlich吸附方程的，表面吸附和分配作用决定了其吸附量。生物碳的吸附作用取决于表面吸附，其容量随炭化温度变化而快速变化。因此，微生物固定化技术以生物碳作为载体，不仅能吸附油类又能把微生物固定住，关于它在海洋溢油中的研究是越来越受研究者的重视。3.3嗜油工程菌的研究及应用由于混合细菌培养物的种类搭配问题，在实际研究及应用中有较大的困难。有关学者提出一种能降解多种类型石油烃的特殊菌体。在上世纪80年代末，美籍印度科学家Chakrabaty等人研究中，将三个烃类降解质粒移入一个铜绿假单胞菌（P.areuginosa）中，随后培育出一种“超级细菌”。该细菌含有多降解质粒，却因遗传性差，在细菌繁殖过程中质粒容易缺失，在实际应用中难以发挥作用，但是这项技术研究已成为“超级细菌”治理海洋溢油污染的重要开端。目前，关于嗜油工程菌的进展较快，现已投入到实际应用阶段，人工培育出的工程菌适应力强，能大幅度增加降解油污的速率。有研究者已采用生物修复技术以铜绿色假单胞菌（Pseudomonas.areuginosa）作受体，将恶臭假单胞菌（P.putida）等携带质粒移入其中，“超级嗜油工程菌”由此诞生了。该菌体用于海上溢油事故的处理，其产生的效果对比天然微生物近高出上万倍。嗜油工程菌的发现能大幅度的处理现代海洋处理溢油事故的危机，美国通用电气公司利用重组DNA技术制作出同时拥有4种质粒的“超级细菌”，这种菌体降解速率是普通菌体的几十倍、几百倍。在相同的石油污染区域内，普通菌体的降解速度可能需要1年以上，但是该种“超级细菌”仅需要几个小时就能降解完成。基因工程技术在近几年来飞速发展，这使得生物降解修复技术的应用前景非常美好，若能与目前常用的化学法、物理法结合使用的话，会产生更好的效果。此外，石油微生物菌体对石油烃的净化能力，不只是取决于微生物的数量和菌属的差异，还受到不同油污程度和原油成分及海况环境的温度、营养盐和海水特征等因素影响，在投入实际应用中应当克服这些困难。超级嗜油工程菌的实际应用还在由基础实验研究进入到实用研究阶段的时期，在投入石油污染现场中还有许多未被发现的细节需要去处理和探讨。4微生物降解修复技术的展望低温石油降解菌的研究对于解决我国北方海域溢油事故有着重大的意义，尤其是在渤海海域，一年中存在5个月的低温期，水温只处在15℃以下，一些适应中温环境下的微生物在此环境中代谢活动会减慢，降解速率会大幅度降低，对修复溢油污染环境产生巨大负面影响。所以若是能找到一种具有高效率降解石油烃的低温降解微生物，就能解决这一方面的问题。地球两极的气温和地理具有显著的低温特征，所以极地的低温环境下就存在一些低温微生物特殊的生物学特征。有关学者研究表明了，在极地已经发现了能够修复石油烃污染的菌体—耐冷菌和嗜冷菌[30]。这些菌体不但适用于海洋中，还可以应用于河流和湖泊的低温降解，具有广阔的应用前景。有关微生物固定化修复技术在处理海洋溢油事故的技术方面还处于初期研究阶段，较多都在实验室内进行研究，在实际应用中缺乏应用经验。针对有关问题的研究应该包括以下3个方面：（1）在处理不同环境下的溢油污染区域时，需要特定的石油降解菌。（2）关于海带渣发展多种的固定化技术，要适用于多种海洋溢油污染环境。（3）与土著石油降解菌库结合，固定化不同种类的降解菌和构建石油降解菌菌群，建立固定化菌剂库。生物碳固定化修复技术主要以生物碳作为石油降解菌的载体投入到海水中使用，用来修复海洋溢油污染。本文介绍了以松针碳本身能吸附大量油体，还能固定微生物投入到海洋溢油区域，起到吸附效果和降解效果。且生物碳能漂浮在海水表面，便于打捞，这对初期清理海洋溢油区域有很大意义；吸附固定的微生物可以降解石油烷烃，对长期清除海水表面或海底的石油都非常有效；生物碳作为微生物的载体其成本的优良性也是未来科学研究的主要方向。目前微生物降解技术在解决海上溢油处理的研究已成为研究者的主要方向。大多采用自然界中存在的微生物进行研究，确保其在低温环境下也能保持有较高的降解速率。微生物工程菌和变异菌的应用是当前研究的重点。我国微生物降解在海上溢油处理的研究方面的实用性还很欠缺，但是通过未来的技术革新和实践，微生物降解技术会逐步走向实际应用中，保护好海洋生态环境。结论本论文从微生物固定化修复技术的应用和嗜油工程菌的研究及应用两方面为核心解决方案来开展微生物降解在海上溢油处理应用的论题。先阐述了海洋溢油污染的现状和危害，从中意识到问题的严重性。再提出目前世界上常用的物理修复技术、化学修复技术和生物修复技术三种方法来解决海洋溢油污染问题。随后着重讲解了生物修复技术在当今处理海洋溢油事故的应用和研究，并与化学修复技术和物理修复技术作对比突出其优点，证明生物修复技术是具有较好的实用性，值得在处理海洋溢油事故中投入使用。在目前应用中，微生物降解技术多受海洋环境的影响，主要受海水温度、ph值和营养物质的影响。其不同环境下的微生物降解速率会不同，一些中高温的微生物在低温环境下的降解速率会大幅度下降。为了迅速、正确的解决这些问题，应先进行科学的调查和通过精确的实验认证。其次，通过介绍固定化修复技术的实际应用，来证明生物修复技术在处理海洋溢油事故是高效的，制作方法也相对简单且生物相容性好、重复利用性高等特点，其对环境也不会造成二次污染问题。固定化修复技术是一种现代重点研究方向之一。随后介绍了嗜油工程菌的应用，这种菌体降解速率是普通菌体的几百倍，这种菌体的研究出现，使得未来研究海洋溢油污染问题有着重大的参考价值。参考文献宋志文,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(03):99～102.陈海泉.船舶辅机[M].大连海事大学出版社，2010.郑天凌,庄铁城,蔡立哲,田蕴,郭楚玲,徐美珠,李少菁.微生物在海洋污染环境中的生物修复作用[J].厦门大学学报(自然科学版),2001(02):524～534.丁克强,骆永明.生物修复石油污染土壤[J].土壤,2001(04):179～184+196.寇杰,丁国梁.海上溢油用凝油剂研究现状及发展方向[J].海洋湖沼通报,2018(02):18～22.李天恩,张丽丽,李新建,宋薇.海上石油污染的微生物降解研究[J].中国石油和化工标准与质量,2012,32(06):92+241.李鑫斐.石油降解菌群构建及其海洋石油污染修复模拟研究[D].天津大学,2017.周楚莹.石油降解菌群的构建及其固定化技术研究[D].广东工业大学,2015.张海玲,杨琴,赵敏.石油降解菌群构建的研究[J].油气田环境保护,2013,23(03):19～21+73.卓诚裕.海洋油污染防治技术[M].国防工业出版社,1996,34～37.周李鑫,濮文虹,杨帆.海上溢油回收技术研究[J].油气田环境保护,2005(01):46～50+62.谭田丰.海洋石油降解菌的分离鉴定及其在海洋石油污染生物