10 海洋微生物與海洋污染治理

1、海洋微生物與難降解物一、人類活動對海洋的污染1、生活廢物及工業(yè)廢物通過河流排入海洋2、大氣沉降進入海洋。如DDT，PCBs、揮發(fā)性有機液體和氣體。3、近海處置廢物4、船舶排污5、近海石油生產(chǎn)海洋生物的富集能力，從而影響整個食物鏈。石油是最普遍、最顯而易見、最可觸知的持久性海洋污染物。且污染主要來自海洋。海洋環(huán)境中油的自凈化作用 一、蒸發(fā)：油膜面積、溫度、石油的組份：含碳數(shù)、沸點、油的蒸氣壓、海況：風速、碎浪、氣泡 二、溶解 三、乳化作用四、光化學氧化作用五、微生物降解作用 海洋中的許多微生物可以降解石油中的碳氫化合物。部分微生物可以降解鏈皖烴（直鏈、分支和石蠟）、芳香族碳水化合物和含石蠟和芳香

2、環(huán)的復雜碳氫化合物。一般認為C10-C26之間的鏈皖烴是最容易降解的，苯、甲苯和二甲苯等低分子量的芳香族化合物是石油中發(fā)現(xiàn)的一類有毒化合物，也較易被部分微生物降解。具有復雜結(jié)構(gòu)的化合物，如有分支和（或）濃縮苯環(huán)，對生物降解具有抗性。碳氫化合物的結(jié)構(gòu)越復雜，含有的甲基分支和濃縮芳香環(huán)越多，就越難降解。二、處理瀉油事故的物化方法1、建立油障。2、投加吸油材料3、使用化學分散劑4、燃燒5、海岸帶用高壓水槍清洗。難降解物的生物降解由于石油污染所造成海鳥死亡的可怕景象4.3.1 石油的性質(zhì)和生物降解特性石油是含有烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴及少量非烴化合物的復雜混合物。石油污染主要出現(xiàn)在采油區(qū)和石油運輸事故現(xiàn)場

3、以及石化行業(yè)的工業(yè)廢水中。石油成分的生物降解性與分子結(jié)構(gòu)有關A鏈長度 鏈中等長度（C10C24）鏈很長的（C24以上）短鏈 B鏈結(jié)構(gòu) 直鏈 支鏈 不飽和飽和 烷烴芳烴鏈末端有季碳原子（四周都與C相連）的烴以及多環(huán)芳烴極難降解 4.3.2 降解石油的微生物降解石油的微生物很多，據(jù)報道有200多種細菌 假單胞菌、棒桿菌屬、微球菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬放線菌 諾卡氏菌酵母菌 假絲酵母霉菌 青霉屬、曲霉屬藻類 藍藻和綠藻4.3.3 石油的降解機理A鏈烷烴的降解 + O2R-CH2- CH2-CH3 R- CH2-CH2-COOH -氧化 CO2 + H2O CH2-COOH + R-COOHB無支鏈環(huán)烷烴的降

4、解 以環(huán)己烷為例 通常一些微生物只能將環(huán)烷變?yōu)榄h(huán)己酮，另一些微生物只能將環(huán)己酮氧化開鏈而不能氧化環(huán)己烷，兩類以上微生物的協(xié)同作用下將污染物 徹底降解共代謝。C芳香烴芳香烴普遍具有生物毒性，但在低濃度范圍內(nèi)它們可以不同程度的被微生物分解。已知降解不同芳香烴的細菌類別 苯和酚的代謝苯、萘、菲、蒽的降解為如下圖所示 苯的代謝三、生物降解方法1、接種石油降解菌正常情況下石油降解菌占1%，而污染嚴重的達到70%。一般需要2-4周才能發(fā)現(xiàn)顯著的生物降解，3.d，而嚴重的地方就是一天之內(nèi)就可以看到明顯的降解。3.d。從石油污染的地點采集，篩選并擴大培養(yǎng)?；蚬こ碳毦?、使用分散劑作用是增加細菌對石油的利用性

5、。商品化的是Sugee2，可促進原油中C17-28正烷烴降解。1989使用分散劑時，不要產(chǎn)生新的污染。微生物產(chǎn)的表面活性劑最好。Harvery 1990利用銅綠假單胞菌和SB30產(chǎn)生的糖脂類表面活性劑，可提高2-3倍?；钚詣┑臐舛取⒔佑|時間、沖洗濃度、有無黃原膠等都有影響。3、使用氮磷營養(yǎng)鹽石油降解菌生長的限制因素是N、P、K營養(yǎng)鹽。緩釋肥料:具有適合的釋放速率,通過海潮可以將營養(yǎng)物質(zhì)緩慢釋放起出來。最初可迅速釋放出營養(yǎng)物質(zhì)，剩余營養(yǎng)物質(zhì)在3-4周內(nèi)釋放完畢。美國Vigoro，塊狀肥料，14:3:3，亞異丁基雙脲，自發(fā)水解釋放出尿素、檸檬酸溶性磷肥。在低潮線和中潮線上放置。美國Sierra，顆

6、粒狀Customblem，28:8:0，二烯化處理的菜油包衣，硝酸銨和磷酸銨，可緩慢釋放，播種在海灘表面。親油肥料在油相中獒合的營養(yǎng)鹽可以促進細菌在表面生長。石蠟化的尿素和辛基磷酸鹽加到漂浮的油中。以石蠟為載體的磷酸銨鎂，Victavwet（2-乙基己基-二聚乙烯氧化物磷酸鹽）及天然的親脂性氮磷。如大豆磷脂和乙基脲基磷酸鹽）法國Elf Aquitaine產(chǎn)Inipol EAP22，2，微滴乳化劑，尿素為核心，外保油酸載體，加入月桂酸磷酯作為穩(wěn)定劑和磷源，加入2-丁氧基乙醇來降低粘度。水溶性肥料硝酸銨和三聚磷酸鹽與海水混合，噴頭噴灑。Inipol EAP22表現(xiàn)良好，在28*14的小區(qū)內(nèi)，2-3

7、周后可看到海灘表面的石頭變清潔。幾周后油污全部消失。親油肥料降低十八烷烴/植烷的比值為70，塊狀緩釋肥料降低了30%，對照無變化。以色列1992年合成一種專利聚合物，土著微生物不能利用，而降解該聚合物的烴解細菌已經(jīng)分離到。生物修復非常有效。海上石油的清除方法石油泄露后會形成較大的表面積，這碳原子數(shù)在12以下?lián)]發(fā)性增加，少部分親水性的分子物質(zhì)更快的溶解在水里。光化學反應降解部分的化合物。泄露的原油最終分散在水體中。事實上，在較惡劣的天氣情況下，原油幾小時后就會分散在水體中，1973年，Shetland島附近Braer發(fā)生的輕質(zhì)原油泄露事故就是如此。另一種刺激生物降解的主要方法就是添加化學分散劑以

8、加速自然的分散過程。微生物是在油-水的界面發(fā)揮降解作用，分散劑的加入大大增加了微生物的附著面積。由于原油分散在一個巨大的水體中，微生物可獲得足夠的生長所需要的其它營養(yǎng)鹽。Exxon公司的COREXITS9527和9500就是添加了表面活性劑的分散劑，因而提高了海洋環(huán)境中可生物降解的原油的去除速率。一種不含有基因工程菌而含有石油降解菌的商業(yè)產(chǎn)品在墨西哥海灣1990年的Mega Borg石油泄露事故去進行了實驗，但沒有看到相關數(shù)據(jù)來顯示該產(chǎn)品的有效性。墨西哥海灣發(fā)生IXTOC井噴事故，泄露的石油沒有象布列塔尼那樣快速降解，大部分的石油形成了乳濁液，微生物在乳濁液的表面附著，但不能降解乳濁液內(nèi)部的大

9、量石油，而水中的微生物則較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，物理收集仍然是首選，Sea Empress在沙灘上石油泄露后，就刮取石油進入壕溝，然后用帶真空泵卡車收集。Exxon Valdez石油泄露后，也是清洗原油入海，然后用撇油機收集。生物修復的目標石油殘留物。一般情況下，農(nóng)業(yè)排水可提高營養(yǎng)鹽的濃度，但阿拉斯加是貧營養(yǎng)海域，生物修復主要通過添加肥料來減輕微生物生長的限制性因素。在Amoco Cadiz石油泄露事故中，大批石油污染了法國北部布列塔尼的海岸線。由于該區(qū)域經(jīng)常接觸壓倉水，本認為該處會含有大量的降解石油的微生物，低分子量的化合物會比蒸發(fā)和溶解更快，從而

10、進行生物修復，但在Amoco Cadiz的實際過程中，生物修復經(jīng)過一段延緩期后（一般2-4周）才較快的進行。而當Tanio油輪再次在布列塔尼發(fā)生石油泄露后，24小時內(nèi)就可以檢測到碳氫化合物的快速降解。海浪曝氣和農(nóng)業(yè)廢水攜帶的大量N、P營養(yǎng)鹽進入該水域，滿足了石油降解菌生長所需要的物質(zhì)。四、鹵代烴的生物降解鹵代烴有毒且比較穩(wěn)定，對環(huán)境的危害較大。多氯聯(lián)苯（PCBS），多溴聯(lián)苯（PBBS）和DDT對生物具有毒性，絕大多數(shù)微生物缺乏分解石油和氯代烴的酶類。有必要篩選和構(gòu)建工程菌。質(zhì)粒的相互轉(zhuǎn)移可能是解決目前困難的方法之一。含特殊質(zhì)粒的多種菌株和具有潛在降解能力的野生菌共同生活在一個容器中，增加選擇壓

11、力，過一段時間可能選育出利用有毒化合物作碳源的新菌株。質(zhì)粒輔助分子育種（plasmid-assisted moleculor breeding, PAMB）氯苯氧基的半衰期隨濃度而發(fā)生變化氯苯氧基：1*10-6 25天； 1000*10-6 1-3年; 2,4,5-T 106天使用降解菌，30度溫度 3天， 1*10-6 ，99%以上的2,4,5-T 1-2周，1次接種，10-2000*10-6 ，99-100% 6次接種，20000*10-6，99.5% 五、藻類對重金屬的吸附水娛病是由于重金屬汞（甲基汞）引起的。痛痛病是由于重金屬鋅引起的。稀濃度使傳統(tǒng)的方法（化學沉淀、氧化還原反應、電化學處理和膜處理技術）不可行。藻類具有吸附重金屬的能力。活藻的物理吸附（生物吸附）和化學吸附（生物積累）。5-40分內(nèi)吸收的離子量的90%是通過生物吸附實現(xiàn)的，幾天后，只有10%是生物積累。死藻細胞壁上的一系列多糖可吸附重金屬離子，有的比活藻吸附某些重金屬（銅、鋅、隔等）的能