【海洋溢油污染微生物降解技術及應用探究13000字（論文）】

海洋溢油污染的現(xiàn)狀及危害海上發(fā)生溢油災難對海洋生態(tài)環(huán)境的破壞是巨大的，尤其是發(fā)生大型船舶造成的溢油污染事故，會引起海域缺氧導致魚類、鳥禽死亡，并使水體受到污染；這種溢油污染的危害可通過海鮮類食品進入到人類生活中，使人體內(nèi)臟發(fā)生病變，這種污染危害很難被避免。近年來一些大型漏油事故經(jīng)過新聞報道進入人們視野，而另外一些小的溢油事故卻極少被人們關注，據(jù)統(tǒng)計年總溢油量的85%～90%[4]。1.1海洋溢油污染的現(xiàn)狀1）海洋溢油污染的來源石油能源是人類提高社會經(jīng)濟發(fā)展不可或缺的因素，自1980年以來，人類開始進入到了石油時代。隨著科學技術和社會日常用品的猛烈發(fā)展，石油在生產(chǎn)和生活中起到舉足輕重的作用。石油雖然能更好的造福人類，卻也能給人類帶來更多的危害。海洋是每個國家海洋航運業(yè)的必經(jīng)之路，高發(fā)的溢油事故使海洋生態(tài)環(huán)境遭受到了巨大的影響。在海洋環(huán)境中，石油污染的來源是多方面的，以航運污染、大氣污染、陸地污染等為主。其中海上航運過程中造成的油泄漏導致海洋大面積污染最大，發(fā)生頻率最高。據(jù)我國海洋環(huán)境專家統(tǒng)計，全世界范圍內(nèi)每年的油輪運輸量達到2×1010t，我國港口油類吞吐量已突破7×108t.雖然巨大的油類吞吐量拉動了國內(nèi)經(jīng)濟的發(fā)展，但是卻給海洋造成了嚴重的污染。據(jù)國外海洋學家統(tǒng)計，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。近代史上英格蘭西南海岸曾發(fā)生嚴重的溢油污染事件，超過110000噸的原油擴散在海洋中，近年發(fā)生的渤海灣溢油事故也被全世界所關注。據(jù)相關媒體報道稱2007年12月，一艘名為“河北精神號”的油船載著石油在韓國西海岸進港時，遭受到拖輪的撞擊造成數(shù)萬噸石油擴散到海上，導致本地的環(huán)境受到嚴重危害[5]。2）海洋溢油污染物存在形式一旦發(fā)生溢油事故，石油流入到水體中，一般情況下會以海面上漂浮的油膜、溶解分散形態(tài)、乳濁液態(tài)、凝聚態(tài)殘留物四種形式存在。（1）海面上漂浮的油膜由于水密度大于油的密度，所以當油體進入到水中會以油膜形式存在。油的粒徑較大，大于100，占含油量的70%～80%，是油體進入水中的初始狀態(tài)[6]。（2）溶解分散形態(tài)發(fā)生溢油事故時，由于在水中的油的極性組分會有一個溶解過程，油的溶解度大小取決于油里極性組分的含量。少部分油物質(zhì)會溶解在水中分布。分散過程包括油中含有液滴形式的水。（3）乳濁液態(tài)當船舶漏油事件發(fā)生后，油體一旦融入海水中并在大風大浪的催動下會產(chǎn)生乳化反應。初期會形成較厚的油膜，但在風浪的作用下，油膜會被打破變成乳化物。油體在海水中以兩種乳化類型存在：一種是形成水包油形態(tài)；另一種是油包水形態(tài)。第二種形態(tài)由于結構特征不利于被微生物降解，所以可在海上漂浮三個月以上。（4）凝聚態(tài)殘留物這種形式以凝聚態(tài)殘余油下沉于水底沉積物中，通常在水底被一些沉積物覆蓋，導致凝聚態(tài)油體降解的過程十分緩慢。1.2海洋溢油污染的危害石油污染對海洋環(huán)境具有嚴重的危害性，給海洋環(huán)境帶來損壞的同時，也間接影響著人類的生活環(huán)境。具體的危害有：對生物的危害、對人類社會的危害、對環(huán)境的危害。1）海洋溢油污染對生物的危害油體融進海水中形成的大規(guī)模油膜覆蓋在海水表面上，海水與外界空氣不能正常進行氧氣交換，同時也使太陽的輻射能量無法正常進入到海底，阻礙了海底深處植物的光合反應。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。油膜不僅僅是對海洋底下生物產(chǎn)生影響，比如還包括對海面上空的鳥類生物也造成了危害，海鳥的羽毛上沾滿了油膜，使其負重影響飛行平衡，還會使它們失去飛行的能力，最終導致死亡。石油對海洋生物能產(chǎn)生化學毒素，油的種類不同產(chǎn)生的毒性也有所差異。芳香烴的毒性最為強烈，按照芳香烴、烯烴、環(huán)烴、璉烴的順序，毒性依次變?nèi)鮗7]。石油烴主要損傷生物的細胞膜的通透性，影響細胞的正常生理過程。嚴重的石油污染會改變物種的分布從而導致群落多樣性受到破壞。例如藻類石油烴類化合物的影響，失去固著能力，從而導致物種豐富度減少，改變了海域的多樣性。2）海洋溢油污染對人類社會的危害海洋里存在的各種資源對于人類來說是一個寶貴的財富，是能滿足我國進行可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的基礎。海洋一旦遭受到了石油污染，人類的海洋養(yǎng)殖業(yè)和捕撈業(yè)將會受到嚴重的影響，也嚴重威脅到人類的身體健康：因為石油是具有毒素作用，對海洋生物產(chǎn)生毒害，隨著食物鏈循環(huán)最后匯集到人體內(nèi)；海洋水循環(huán)受到影響，導致海洋荒漠化現(xiàn)象日益嚴重，氣候變化問題加重，最終影響環(huán)境可持續(xù)發(fā)展[8]。3）海洋溢油污染對環(huán)境的危害由于油膜漂流在海水面上，嚴重妨礙了海水對光輻射的汲取。海洋溢油污染不僅會對海洋產(chǎn)生負面的影響，還會影響到極地冰面上：油膜覆蓋在冰面上，冰面吸熱能力增加，從而促進了冰層的融化速度加快，最終威脅了世界海平面變化，且會長期影響生態(tài)氣溫變化。溢油事故也會污染沿海區(qū)域的生態(tài)環(huán)境，例如1983年12月，大型郵輪“東方大使”號在青島附近海域觸礁事故的發(fā)生，溢油量超3000t，對青島海域造成巨大的污染損失。1.3海洋溢油污染的修復技術面對嚴峻的海洋溢油污染問題，我們必須清楚的意識到保護海洋環(huán)境的重要性。人們早在上世紀80年代就想通過只處理海表面的油體來保護環(huán)境，但是由于油可以沉到海底，從而忽視了乳化形態(tài)、凝聚態(tài)沉積物的油體。這樣的處理方法無疑是沒辦法除掉海洋溢油所造成的污染，還引起新的污染，甚至使污染問題加重。隨著科學的發(fā)展和進步，人類目前對于海洋溢油污染的處理方法具有合理性、科學性，主要方法有：物理、化學和生物修復技術。1）海洋物理修復技術物理修復技術主要是建立起油障機械裝置對海面污染物進行回收。這種技術相對來說是比較安全、簡單和有效的修復技術。但是由于易受環(huán)境條件的惡劣影響其回收率，從根本上也不能解決問題，只適用于突發(fā)溢油情況的發(fā)生。實際中投入的物理修復技術有：制作吸油材料有下列幾種形式[9]。見表1-1。表1-1常見吸油材料常見吸油材料主要材料高分子材料聚乙烯、聚丙烯、聚醋等；無機材料硅藻土、珍珠巖、浮石等；纖維稻草、麥稈、木屑等；撇油器：在油體物化不被改變本質(zhì)的情況下將其回收，常用撇油器有以下三種[10]，見圖1-1。圖1-1常用撇油器2）海洋化學修復技術化學修復技術主要原理是向溢油污染區(qū)域投入化學試劑，使其與油體發(fā)生化學反應，改變油體的物理化學性質(zhì)，將其回收。但是這種方法并沒有徹底解決污染物，甚至在使用過程中會產(chǎn)生有毒副產(chǎn)物，所以在投入使用化學修復技術時，必須要謹慎使用。該修復技術主要包括有以下幾種[11]：表面收集劑這是一種表面活性劑，由于油擴散壓力小于該試劑，所以當試劑投入到油邊緣時，會限制油體的擴散，起到圍油欄的作用。這種方法看似簡單、實用。但是表明活性劑抵擋不住大風大浪的沖擊，故該試劑只能用于小范圍平靜的海面上?？谷榛瘎┰撛噭┑挠H油性非常強，當以低濃度使用時，投入到溢油區(qū)域上，可以長時間防止溢油形成乳化態(tài)，還可以降低油水界面的張力，使油體分散。但是因為其反應原理的限制，所以只能用于小規(guī)模的溢油事故中。膠凝劑膠凝劑能使海面上的油膜凝結，形成稠狀的膠，然后被抽吸設備回收。該作業(yè)可以在4級海況下進行，在某種層次上突破了一般回收方法受海況氣象的限制。3）海洋生物修復技術海洋生物修復技術是包括利用海洋動植物以及海洋微生物吸收、降解、轉化海水中的油類污染物。一般分為三種方法植物、動物、微生物修復。在這三種修復形式中，微生物修復技術是最常用的方法，這種方法主要在于微生物的分解能力，并且無任何副作用，具有很好的經(jīng)濟效益、社會效益、環(huán)境效益，是當前治理海洋污染的主要研究的方向，具有廣闊的前景。本文主要以生物修復技術中的微生物修復方法來研究海洋溢油污染的問題。2海洋溢油污染微生物降解技術2.1降解海洋石油烷烴微生物的種類海洋中約有上百種微生物能降解石油化合物。其中，無色桿菌（Achromobacter）、海桿菌（Marinobacter）、嗜油菌（Oleiphilus）、弧菌（Vibrio）等的細菌是常見的微生物石油降解菌。油螺旋菌（Oleispira）[12]、解環(huán)菌（Cycloclasticus）X和食烷菌（Alcanivorax）[13]等菌屬是近年發(fā)現(xiàn)的微生物石油降解菌。2.2海洋低溫石油微生物降解菌海洋多數(shù)地區(qū)的年度平均溫度處在15℃以下，這個溫度下的石油烴揮發(fā)性極低，毒性較強，對海洋生態(tài)環(huán)境造成的威脅很大。微生物降解技術的效率也會受此影響，效率會大大降低。但是1995年Siron等學者在南極冰面研究出兩株石油降解菌可在極低溫度下發(fā)揮作用。低溫微生物一般分為耐冷菌和嗜冷菌兩類，它們的區(qū)別在于，前一類可在0℃的條件下進行細胞分裂，并且最適成長溫度大于15℃，最高生長溫度大于20℃，另一類最適成長溫度小于等于15℃，最高生長溫度大于等于20℃。海洋海底深處是屬于高壓、低溫的環(huán)境。由于技術有限的原因，現(xiàn)代科技提取海底深處的石油降解菌的數(shù)量是稀缺的，但是γ-變形菌綱菌種占主要，代表的類型有海單胞菌（Marinomonas）、深海彎曲菌（Thalassolituus）等。2010年墨西哥灣發(fā)生一起溢油事故后，有關專家在該地區(qū)的海底深處石油污染區(qū)域內(nèi)挑選出多株低溫石油降解菌，其中就有科爾韋氏菌（Colwellia）[14]。2.3微生物降解技術的機理石油是由環(huán)烷烴、芳香烴、鏈烷烴及少量非烴化合物組成的混合物。在生態(tài)中相對豐度表示為該群落內(nèi)物種數(shù)目的多少。不同的海洋石油污染物中各類烷烴成分的相對豐度是不同的，如表2-1所示[15]。有一些微生物將烯烴代謝生成不飽和的脂肪酸，從而形成帶支鏈的脂肪酸并進行降解。另一些微生物是經(jīng)歷亞末端氧化，生成仲醇，并依次被氧化成酮或酯，酯經(jīng)過水解，形成伯醇和脂肪酸，再進行進一步的氧化分解。表2-1石油污染物中烷烴的相對豐度烷烴組分名稱豐富度/%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影響微生物降解技術的因素微生物降解技術主要受以下4種因素影響：（1）石油的化學組成石油類型的不同對微生物降解速率影響非常大。常態(tài)下的直鏈烷烴被降解次數(shù)最多，高分子芳香烴被少數(shù)降解，但是粘稠的膠體極難被降解。因為微生物代謝的過程會產(chǎn)生非烴化合物，導致油體中的非烴化合物上升。（2）石油的物理狀態(tài)一般情況下微生物只在水中對烷烴化合物起作用，降解時也需要較多的氧氣參與，所以微生物降解石油的過程主要發(fā)生在油水分界面上。油分散的面積越大，越有利于微生物與石油的接觸，還可以使微生物汲取大量的氧和營養(yǎng)源。據(jù)有關專家研究發(fā)現(xiàn)，多環(huán)芳烴只溶解在水中的部分才能被微生物胞內(nèi)產(chǎn)物所利用。微生物和石油會發(fā)生乳化反應，產(chǎn)生小液滴，這種小液滴在水中分散開來，從而易于微生物進行降解。（3）溫度和ph值微生物的降解需要酶的參與，影響其降解速率在于酶是否處在一個適宜的溫度范圍內(nèi)。對于一些好氧菌群來說，它們降解石油的環(huán)境溫度最佳在15～30℃之間。若是溫度越高，則烷烴化合物的毒性越大；微生物的降解也需要一個合適的ph值范圍，一般情況下保持在4～9范圍內(nèi)的微生物狀態(tài)最佳。有專家研究表明，微生物降解速率受適宜的環(huán)境溫度影響，如石油烷烴化合物在環(huán)境溫度為25℃是5℃時的10倍左右，即環(huán)境溫度的變化會明顯地影響微生物對烷烴的降解速率。（4）營養(yǎng)物質(zhì)和氧微生物的營養(yǎng)物離不開氮和磷。細菌需要多種微量元素，如：Mg、K、Mn、Zn、Cu、Mo和Co等。由于油體中有大量碳源和水中有足夠微量元素給微生物所利用，但是缺少N和P的營養(yǎng)鹽，所以會導致微生物降解菌的生長受到影響。有專家表明，即使是高濃度的條件下也會抑制微生物的生長。絕大多數(shù)微生物降解菌都是好氧菌，所以水中是否有足夠的含氧量是十分關鍵的。有關數(shù)據(jù)確認，每降解1ml的烴要消耗3～4mg的氧。據(jù)大連灣的大窟灣研究數(shù)據(jù)表明，水中溶解量波動在5.69～12.34ml之間，說明表水層不會出現(xiàn)缺氧跡象，所以細菌的生長和對烴的降解不會被影響。經(jīng)現(xiàn)場觀察可發(fā)現(xiàn)，處在薄油層且與有較大接觸面積的分散油滴的生物降解速度快，而沉積物中的烴缺少氧導致其降解速度變慢。2.5提高微生物降解修復技術效果的方法（1）引入效率高的石油降解微生物在污染嚴重的區(qū)域，會存在一些土著石油降解微生物，一般情況下，土著石油降解微生物的數(shù)量是稀少的，若想產(chǎn)生降解效率高的效果，土著微生物需要去高濃度的環(huán)境。故引入高效的石油降解微生物，在短期內(nèi)是提高微生物降解技術的有效方法。具體可采用基因工程技術獲得這種降解菌。如1990年墨西哥灣在處理溢油事故時，采用此方法，生物修復技術有了明顯的提升[16]。表面活性物質(zhì)的增加表面活性物質(zhì)時由具有親水性的極性基團和憎水性的非極性基因組成的有機化合物。該表明活性物質(zhì)溶于水后，使水的表面張力降低，提高了有機化合物的可溶性。所以我們可通過表面活性物質(zhì)的增加來提高石油的可溶性，從而達到提高微生物降解技術的修復效果。一般情況下，從表明活性物質(zhì)的來源來看主要講其分為兩類，一類是化學表面活性物質(zhì)、另一類是生物表面活性物質(zhì)。因為化學活性物質(zhì)是有極限的，故使用該物質(zhì)時不能投入過大的濃度。當前研究的主要方向是具有高效且無污染的生物表面活性物質(zhì)。生物的表面活性物質(zhì)是微生物自發(fā)形成的一種大分子代謝產(chǎn)物，與化學活性物質(zhì)的效果一樣，提高石油組分的張力使其更有效的降解于水中。營養(yǎng)物質(zhì)的添加當發(fā)生溢油事故時，在石油污染的海域內(nèi)，因受到水動力條件變化的干擾，導致水中的營養(yǎng)成分流失，微生物無法獲得所需的營養(yǎng)物質(zhì)來維持生長，大大影響了石油降解效率。據(jù)有關學者對此進行研究實驗，發(fā)現(xiàn)生物降解效果明顯提高了3～5倍[17]。表2-2為石油微生物降解的實驗結果[17]。表2-2石油微生物降解實驗結果實驗號油的品種營養(yǎng)劑/油%溫度℃油減少率%A阿拉伯輕油21414B阿拉伯輕油201462C阿拉伯輕油201462D阿拉伯輕油201465E阿拉伯輕油01618F阿拉伯輕油201679G阿拉伯輕油01823H阿拉伯輕油101864I阿拉伯輕油101863JAshtart70%Zarzaitine30%01830KAshtart70%Zarzaitine30%101870LAshtart70%Zarzaitine30%201868MM’wengui01824NM’wengui101863該實驗結果表明，營養(yǎng)物質(zhì)的添加可以促進微生物對石油烴的降解，油的減少百分率從30%提高到60%以上。3微生物降解修復技術的應用由于微生物自身原因在修復過程中是緩慢進行的，在突發(fā)溢油情況下難以實際的投入使用，生物修復的根本在于石油烷烴化合物被自然界中微生物降解的新陳代謝作用，所以現(xiàn)代的微生物降解修復技術指的是人工下研發(fā)的微生物降解技術。早在20世紀80年代末美國在ExxonVadez油輪突發(fā)一起溢油事故，事故中就是應用了微生物修復技術，在短時間內(nèi)有效的清除了石油污染，保護了海洋生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性，這是一項微生物降解技術應用的先河，同時也為未來微生物技術在治理海上溢油污染的應用提供了方向[18]。3.1微生物的篩選及應用早期專家們是從石油污染環(huán)境中提取合適的微生物進行研究的，將其使用在受石油污染的環(huán)境中降解油污；現(xiàn)代的生物添加劑有：Type1，DBCPlus；Petrode-200；PhenobacPetrodeg100等。3.1.1微生物的篩選針對降解石油的微生物篩選的工作較多，如我國專家張景來[19]等人曾報道過2個適應能力很強的菌株（SY1和SY2）在營養(yǎng)環(huán)境不足的條件下對石油的降解率分別為41.3%和42.6%。這些數(shù)據(jù)表明該菌株具有較寬的底物可利用，這在關于研究微生物降解在海上溢油的治理中具有良好的應用前景。從大連新港溢油污染區(qū)域內(nèi)采集了海底沉淀物的樣品，經(jīng)過篩選后得到4株海洋厭氧菌，并對4株菌株的石油降解能力進行測試，石油降解率的曲線如圖3-1所示[20]。采用紫外線對微生物降解后剩余的石油量進行測定，并算出降解率。圖3-1石油降解標準曲線如圖3-2所示[21]，實驗表明Vagococcussp.38的石油降解率性能高達44.31%。Vagococcus菌屬是一種獨特的革蘭氏陽性菌體，該菌體首次發(fā)現(xiàn)于1989年，并被有關學者命名為Vagococcusfluvialis，即河流漫游球菌[22]。此外在水生動物體內(nèi)可分離出該微生物菌株，現(xiàn)在的科研方向是對益生菌的潛力展開探究，如學者SorrozaL等人從魚體內(nèi)分出的幾十種微生物。據(jù)研究表明，只有Vagococcusfluvialis能抵抗易染病菌，極大程度上提高了魚的存活率，專家RomanL等人研究發(fā)現(xiàn)Vagococcusfluvialis對物種的免疫系統(tǒng)有刺激性作用。本次科學探究初次從石油污染區(qū)中篩選出該菌株的厭氧微生物，但是尚沒有有關科學依據(jù)能證實報道Vago-coccus的菌株具有降解石油的特點。即使菌株的進化地位非常相近，但是微生物的代謝機理不完全相同，降解石油的性能也有所差異。該研究結果為今后海洋溢油污染的利用厭氧微生物修復技術奠定了基礎，具有巨大的潛力。圖3-24株菌株的石油降解率3.1.2微生物的培育及應用據(jù)國外有關報道稱，英國早已在20世紀90年代在處理溢油事故中初次不使用物理修復技術和化學修復技術的條件下，用微生物混合培養(yǎng)的實驗品與N.P營養(yǎng)鹽的方法，在海上完成了一次清除漂浮在海面上的油膜實驗，該微生物在短時間內(nèi)可以把油分子變成脂酸乳狀液，并且不會造成二次污染的問題。美國也早已研究出此方法成功降解了德克薩斯州海岸的溢油污染事故。正常情況下，一種細菌只降解少數(shù)石油烴，但選用混合微生物菌屬會增加降解速率。在日本海洋生物技術研究中所制成的4種微生物的混合培養(yǎng)物在處理海洋溢油事故中取得有效成果。3.2微生物固定化修復技術微生物固定化修復技術是早在20世紀60年代由固定化酶技術引發(fā)起來的一項生物處理技術。該技術是選用物理和化學的技術，把游離的生物細胞穩(wěn)固在控制的區(qū)域內(nèi)，使環(huán)境對生物的影響大大降低，并保證其活性能在適用的范圍內(nèi)，是一項可以反復利用的技術。該技術的優(yōu)點是微生物對環(huán)境的耐受性變強、活性高、損失少且生物的穩(wěn)定性良好，且不會造成對環(huán)境的第二次污染等[23]。3.2.1固定化修復技術的應用在目前研究中，對于微生物固定化修復技術主要方向有2種，一種是固定化菌劑的實現(xiàn)，另一種是固定化載體材料的篩選。對于溢油事故而言，固定化石油污染降解菌劑在一定程度上突破了海洋溢油污染微生物技術方面遇到的難點。下列一些例子介紹了固定化修復技術在海洋溢油污染中的應用進展。我國近年來發(fā)生的岸灘溢油事故中，專家高祥興[24]等人利用了乙烯醇(PVA)和海藻酸鈉制成了石油降解菌固化劑，在此事故中投入使用，且獲得了較好的修復效果。這種方法的優(yōu)點在于制作簡單、生物相容性好、重復利用性高等。但是因為其原料中的乙烯醇難以被降解，會對環(huán)境造成二次污染危害。據(jù)外國專家ARGentili等人研究發(fā)現(xiàn)，他們模擬一塊海水區(qū)域進行實驗，在區(qū)域內(nèi)添加石油，利用螃蟹殼廢棄物中的幾丁質(zhì)和殼聚糖作為固定化載體，并使其投放在布蘭卡港岸灘中挑選出的微生物。其方法的缺點是幾丁質(zhì)和殼聚糖的制造成本高，在對于大規(guī)模的溢油事故情況下難以進行修復應用。近年我國黃島輸油管路發(fā)生爆炸，部分岸灘遭受了嚴重的溢油污染影響。使用固定化菌劑對溢油區(qū)域進行現(xiàn)場修復如圖3-3[25]。本次現(xiàn)場修復使用總計200L的發(fā)酵菌液，先將制成的固定化菌劑顆粒放在網(wǎng)袋內(nèi)，約50g/袋。實驗日期開始于2013年12月17日，在溢油污染區(qū)域選擇2個實驗方塊（1mⅹ1m），在溢油污染區(qū)域表面放置固定化菌劑的網(wǎng)袋，用繩索在現(xiàn)場加以固定住，在附近空出一塊未處理的區(qū)域作為對照區(qū)。分別在0d、7d、30d、70d、129d采集處理區(qū)和對照區(qū)域的泥質(zhì)，并將沉積物樣品冷藏于零下80℃的低溫冰箱中。圖3-3溢油生物修復位點對該實驗區(qū)域進行取樣分析發(fā)現(xiàn)，129d的區(qū)域?qū)嶒?，對溢油的修復效果如圖3-4所示。經(jīng)過分析得出生物處理過的區(qū)域前30d降解率變化較為顯著，與未經(jīng)過處理的對照區(qū)域?qū)Ρ茸顬轱@著，呈現(xiàn)增加趨勢。30d~60d降解率變化較小，維持在56%~57%，但129d降解率達到67%，而未處理的對照區(qū)降解率僅為46%。圖3-4岸灘沉積物原油殘留量目前大多數(shù)固定化修復技術在研究海洋溢油污染問題時，都處于在實驗室階段。究其原因在于這種技術的載體材料的成本較高，技術工藝復雜，且只能用于小規(guī)模的溢油事故。在這些因素的影響下，我們都難以在實際中把固定化修復技術應用起來。因此，是否能研發(fā)出一種低成本、無污染、降解速率快的固定化菌體是目前關于微生物降解在海洋溢油事故應用的方向之一。該種技術的天然材料、良好的生物相容性、易獲取性是具有很好的應用潛力。3.2.2生物碳固定化修復技術的應用及優(yōu)勢國外學者parkhus[26]等人在1967年首次確認了活性炭能為微生物菌體提供有更好的生長環(huán)境，對此各專家開始進行深入探討研究，其各種臨床實驗結果表明了微生物可以利用活性炭作為自己的棲息地，原因是由活性炭自身的孔隙結構決定，使微生物能不易受不良環(huán)境的因素影響。據(jù)國內(nèi)的專家研究發(fā)現(xiàn)，碳質(zhì)材料的表面積、孔容積、金屬化合物等因素會影響載體表面上的微生物。有關專家以生物炭為載體基礎探究固定化微生物修復技術發(fā)現(xiàn)其處理效果比原先實驗高出2.6倍[27]，該實驗采用顆粒活性炭作為主要載體，微生物吸附在其表面，投入到高鹽度含油污水中進行二到三次觀察，實驗最后發(fā)現(xiàn)活性炭上的微生物形成了生物膜。國內(nèi)學者張秀霞[28]等人將高效的石油降解菌株通過吸附固定化方法固定在生物大分子仿合成的多孔納米氧化硅載體上，最終制作成了固定化菌藥劑，將其投放在土壤石油污染模擬實驗中，其結果發(fā)現(xiàn)固定化菌藥劑的使用明顯增加了降解石油的速率。經(jīng)過多次實驗的重復操作，證實了該方法制作的菌藥劑對石油污染物有著良好的降解效果。該固定化技術的缺點是采用的是吸附法，多空納米氧化硅載體與附在其表明上的微生物結合并不穩(wěn)定，微生物易脫落。但是載體材料是無毒無害的，如若把該技術投入在海洋環(huán)境中更容易被釋放，可以把該技術發(fā)展在治理海洋溢油污染的應用中具有很大的潛力。生物碳固定化修復技術的關鍵在于選擇出合適的載體，不同類別的載體決定不同方法的固定化技術。無論何種載體，都應該具備以下七種特點：1具備抵抗物理降解、生物降解的、化學降解的穩(wěn)定性，同時其結構穩(wěn)定性和機械強度能忍受極端環(huán)境下ph值和溫度的影響，不易受破壞2.確保微生物本身的細胞不會因載體本身因素受到損傷。3.固定化菌體顆粒得大小和孔隙可以被控制。4.為節(jié)約成本，要使每單位量的載體能固定足夠多的微生物。5.固定化菌藥劑不能阻止底物和代謝物的自由擴散。6.固定化的方法要簡單、可控，其條件盡量溫和。7.固定化方法成本要低，可回收重復進行使用。國內(nèi)外的研究表明，在生態(tài)環(huán)境中存在大量的木炭、焦炭等生物碳質(zhì)，這些碳質(zhì)都有豐富的孔隙結構，且吸附性能較強，若是應用在海洋溢油污染中，它們不僅能吸附石油，還可以作為微生物固定化技術的載體，投放到海水中，該方法相對于其他有機載體材料簡單，成本低，原料充足，還可以循環(huán)使用，使資源的重復使用率提升。生物碳指的是大氣、水、土地等有機體在無氧條件下分解成的富碳固體。據(jù)研究表明，生物碳的性質(zhì)跟生物質(zhì)原料相比較為穩(wěn)定，能長時間在環(huán)境中生存，同時土壤中的生物碳也能抑制溫室氣體的釋放，所以生物碳在緩解全球變暖的氣候上也具有一定的潛力。我國學者陳寶糧[29]等人用松針作為原料，在不同炭化溫度下（100~700℃），制作了多種生物碳，用以作吸附劑，主要研究對水體4-硝基甲苯的吸附性，結果表明生物碳質(zhì)吸附劑可以容納多種4-硝基甲苯，具有很強的吸附力。對4-硝基甲苯的等溫吸附曲線是符合Freundlich吸附方程的，表面吸附和分配作用決定了其吸附量。生物碳的吸附作用取決于表面吸附，其容量隨炭化溫度變化而快速變化。因此，微生物固定化技術以生物碳作為載體，不僅能吸附油類又能把微生物固定住，關于它在海洋溢油中的研究是越來越受研究者的重視。3.3嗜油工程菌的研究及應用由于混合細菌培養(yǎng)物的種類搭配問題，在實際研究及應用中有較大的困難。有關學者提出一種能降解多種類型石油烴的特殊菌體。在上世紀80年代末，美籍印度科學家Chakrabaty等人研究中，將三個烴類降解質(zhì)粒移入一個銅綠假單胞菌（P.areuginosa）中，隨后培育出一種“超級細菌”。該細菌含有多降解質(zhì)粒，卻因遺傳性差，在細菌繁殖過程中質(zhì)粒容易缺失，在實際應用中難以發(fā)揮作用，但是這項技術研究已成為“超級細菌”治理海洋溢油污染的重要開端。目前，關于嗜油工程菌的進展較快，現(xiàn)已投入到實際應用階段，人工培育出的工程菌適應力強，能大幅度增加降解油污的速率。有研究者已采用生物修復技術以銅綠色假單胞菌（Pseudomonas.areuginosa）作受體，將惡臭假單胞菌（P.putida）等攜帶質(zhì)粒移入其中，“超級嗜油工程菌”由此誕生了。該菌體用于海上溢油事故的處理，其產(chǎn)生的效果對比天然微生物近高出上萬倍。嗜油工程菌的發(fā)現(xiàn)能大幅度的處理現(xiàn)代海洋處理溢油事故的危機，美國通用電氣公司利用重組DNA技術制作出同時擁有4種質(zhì)粒的“超級細菌”，這種菌體降解速率是普通菌體的幾十倍、幾百倍。在相同的石油污染區(qū)域內(nèi)，普通菌體的降解速度可能需要1年以上，但是該種“超級細菌”僅需要幾個小時就能降解完成?；蚬こ碳夹g在近幾年來飛速發(fā)展，這使得生物降解修復技術的應用前景非常美好，若能與目前常用的化學法、物理法結合使用的話，會產(chǎn)生更好的效果。此外，石油微生物菌體對石油烴的凈化能力，不只是取決于微生物的數(shù)量和菌屬的差異，還受到不同油污程度和原油成分及海況環(huán)境的溫度、營養(yǎng)鹽和海水特征等因素影響，在投入實際應用中應當克服這些困難。超級嗜油工程菌的實際應用還在由基礎實驗研究進入到實用研究階段的時期，在投入石油污染現(xiàn)場中還有許多未被發(fā)現(xiàn)的細節(jié)需要去處理和探討。4微生物降解修復技術的展望低溫石油降解菌的研究對于解決我國北方海域溢油事故有著重大的意義，尤其是在渤海海域，一年中存在5個月的低溫期，水溫只處在15℃以下，一些適應中溫環(huán)境下的微生物在此環(huán)境中代謝活動會減慢，降解速率會大幅度降低，對修復溢油污染環(huán)境產(chǎn)生巨大負面影響。所以若是能找到一種具有高效率降解石油烴的低溫降解微生物，就能解決這一方面的問題。地球兩極的氣溫和地理具有顯著的低溫特征，所以極地的低溫環(huán)境下就存在一些低溫微生物特殊的生物學特征。有關學者研究表明了，在極地已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了能夠修復石油烴污染的菌體—耐冷菌和嗜冷菌[30]。這些菌體不但適用于海洋中，還可以應用于河流和湖泊的低溫降解，具有廣闊的應用前景。有關微生物固定化修復技術在處理海洋溢油事故的技術方面還處于初期研究階段，較多都在實驗室內(nèi)進行研究，在實際應用中缺乏應用經(jīng)驗。針對有關問題的研究應該包括以下3個方面：（1）在處理不同環(huán)境下的溢油污染區(qū)域時，需要特定的石油降解菌。（2）關于海帶渣發(fā)展多種的固定化技術，要適用于多種海洋溢油污染環(huán)境。（3）與土著石油降解菌庫結合，固定化不同種類的降解菌和構建石油降解菌菌群，建立固定化菌劑庫。生物碳固定化修復技術主要以生物碳作為石油降解菌的載體投入到海水中使用，用來修復海洋溢油污染。本文介紹了以松針碳本身能吸附大量油體，還能固定微生物投入到海洋溢油區(qū)域，起到吸附效果和降解效果。且生物碳能漂浮在海水表面，便于打撈，這對初期清理海洋溢油區(qū)域有很大意義；吸附固定的微生物可以降解石油烷烴，對長期清除海水表面或海底的石油都非常有效；生物碳作為微生物的載體其成本的優(yōu)良性也是未來科學研究的主要方向。目前微生物降解技術在解決海上溢油處理的研究已成為研究者的主要方向。大多采用自然界中存在的微生物進行研究，確保其在低溫環(huán)境下也能保持有較高的降解速率。微生物工程菌和變異菌的應用是當前研究的重點。我國微生物降解在海上溢油處理的研究方面的實用性還很欠缺，但是通過未來的技術革新和實踐，微生物降解技術會逐步走向?qū)嶋H應用中，保護好海洋生態(tài)環(huán)境。結論本論文從微生物固定化修復技術的應用和嗜油工程菌的研究及應用兩方面為核心解決方案來開展微生物降解在海上溢油處理應用的論題。先闡述了海洋溢油污染的現(xiàn)狀和危害，從中意識到問題的嚴重性。再提出目前世界上常用的物理修復技術、化學修復技術和生物修復技術三種方法來解決海洋溢油污染問題。隨后著重講解了生物修復技術在當今處理海洋溢油事故的應用和研究，并與化學修復技術和物理修復技術作對比突出其優(yōu)點，證明生物修復技術是具有較好的實用性，值得在處理海洋溢油事故中投入使用。在目前應用中，微生物降解技術多受海洋環(huán)境的影響，主要受海水溫度、ph值和營養(yǎng)物質(zhì)的影響。其不同環(huán)境下的微生物降解速率會不同，一些中高溫的微生物在低溫環(huán)境下的降解速率會大幅度下降。為了迅速、正確的解決這些問題，應先進行科學的調(diào)查和通過精確的實驗認證。其次，通過介紹固定化修復技術的實際應用，來證明生物修復技術在處理海洋溢油事故是高效的，制作方法也相對簡單且生物相容性好、重復利用性高等特點，其對環(huán)境也不會造成二次污染問題。固定化修復技術是一種現(xiàn)代重點研究方向之一。隨后介紹了嗜油工程菌的應用，這種菌體降解速率是普通菌體的幾百倍，這種菌體的研究出現(xiàn)，使得未來研究海洋溢油污染問題有著重大的參考價值。參考文獻宋志文,夏文香,曹軍.海洋石油污染物的微生物降解與生物修復[J].生態(tài)學雜志,2004(03):99～102.陳海泉.船舶輔機[M].大連海事大學出版社，2010.鄭天凌,莊鐵城,蔡立哲,田蘊,郭楚玲,徐美珠,李少菁.微生物在海洋污染環(huán)境中的生物修復作用[J].廈門大學學報(自然科學版),2001(02):524～534.丁克強,駱永明.生物修復石油污染土壤[J].土壤,2001(04):179～184+196.寇杰,丁國梁.海上溢油用凝油劑研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].海洋湖沼通報,2018(02):18～22.李天恩,張麗麗,李新建,宋薇.海上石油污染的微生物降解研究[J].中國石油和化工標準與質(zhì)量,2012,32(06):92+241.李鑫斐.石油降解菌群構建及其海洋石油污染修復模擬研究[D].天津大學,2017.周楚瑩.石油降解菌群的構建及其固定化技術研究[D].廣東工業(yè)大學,2015.張海玲,楊琴,趙敏.石油降解菌群構建的研究[J].油氣田環(huán)境保護,2013,23(03):19～21+73.卓誠裕.海洋油污染防治技術[M].國防工業(yè)出版社,1996,34～37.周李鑫,濮文虹,楊帆.海上溢油回收技術研究[J].油氣田環(huán)境保護,2005(01):46～50+62.譚田豐.海洋石油降解菌的分離鑒定及其在海洋石油污染生物