关于微生物修复石油污染研究的文献综述

[关于微生物修复石油污染研究的文献综述]1关于微生物修复石油污染研究的文献综述【摘要】现如今石油的大量开采，使石油泄漏事故发生的几率持续升高，对于近几年的几起漏油事故，后续的处理工作非常关键，特别是如何恢复原来的生态环境。而利用微生物进行处理不失为一种环保的方式。本文对现有文献进行了梳理，较全面地介绍了环境中降解石油的微生物、被石油污染土壤的微生物修复技术以及影响微生物修复被石油污染土壤的几种主要因素。【关键词】石油污染、微生物修复技术、原位微生物修复技术、异位微生物修复技术【引言】石油是不可再生资源，是人类宝贵的能源和重要的化工原料，目前国际原油价格的持续上涨，直接影响着我国经济的可持续发展［1］。但同时，我国每年有大量的原油及其加工品流入环境，这不但浪费了宝贵的资源，而且对生态环境造成了污染［2］。石油进入土壤后，会引起土壤理化性质的改变，进而改变土壤有机质的组成和结构，对作物的生长发育也有不利的影响［3］。同时石油通过生长于该土壤中的植物及其加工品，以食物链的方式严重威胁着人类的身体健康［4］。在最初的石油污染治理工艺中，物理和化学方式处理是最主要的技术，并且已比较成熟。自20世纪70年代以来，随着生物修复技术的发展，微生物处理技术在石油污染治理方面逐渐成为核心技术［5］。1环境中降解石油的微生物动物、植物、微生物都具有降解污染物的能力，但微生物在污染物降解中的作用最大，这是由于微生物种类多、分布广、个体小、繁殖快、相对表面积大、容易变异的特点所决定的。微生物的降解酶体系具有氧化还原、脱羧、脱氨、水解、脱水等各种化学反应能力，所以对能量的利用比高等生物体更加有效。微生物高速的繁殖特性和遗传变异特性使它的降解酶体系能够以最快的速度适应外界环境的变化，从而显示出其在环境治理上的高效性和多样性。到目前为止，降解石油中各种烃类的微生物共发现了约100余属、200多种，它们分别属于细菌、放线菌、霉菌、酵母菌以及藻类，其中细菌类和真菌类是土壤中石油生物降解的主要参与者。土壤中常见的石油降解细菌种群数由多到少分别为假单孢菌属、节核细菌属、产碱杆菌属、棒状杆菌属、黄杆菌属、无色杆菌属、微球菌属、诺卡氏菌属和分支杆菌属；常见的石油降解真菌种群数由多到少分别为木霉属、青霉属、曲霉属、被孢霉属。2被石油污染土壤的微生物修复技术[关于微生物修复石油污染研究的文献综述]2自20世纪70年代以来，随着生物修复技术的发展，微生物处理技术在石油污染治理方面逐渐成为核心技术。目前国内外采用的微生物修复技术主要有两种类型，即原位微生物修复技术和异位微生物修复技术。2．1原位微生物修复技术原位微生物修复技术是指污染土壤不经搅动、而直接向污染区投放营养物质和供氧、促进土壤中靠石油作为碳源的微生物的生长繁殖、或接种经驯化培养的高效微生物如特异工程菌等措施提高其降解力、利用其代谢作用达到消耗石油烃的目的而进行的处理过程，原位微生物修复技术主要包括生物培养法和生物通风处理法等。2．1．1生物培养法一种直接利用土壤中的土著微生物而实现生物修复的处理技术，通过定期向污染土壤中投放营养物质和氧，以满足环境中已经存在的降解菌的生长繁殖需要，进而提高土著微生物的活性，将污染物降解成二氧化碳和水［6］。2．1．2生物通风处理法在受污染地区，氧气浓度降低，二氧化碳浓度升高，抑制了污染物的进一步生物降解。为了提高土壤中污染物的降解效果，需要排出土壤中的二氧化碳，并补充氧气，生物通风系统就是为了改变土壤中的气体成分而设计的。生物通风法常用于由地下油罐泄漏造成的轻度污染土壤的生物修复，这一方法已在美国用于空军基地处理航空机油污染的土壤治理中［7］。2．2异位微生物修复技术异位微生物修复技术又称为地上处理技术，要求把被石油污染的土壤挖出，集中起来进行生物降解。一方面，可以在土壤受污染之初限制污染物的扩散和迁移，减少污染范围；另一方面，可以通过设计与安装各种过程控制器或生物反应器，来产生有利于生物降解的条件。主要方法有土耕法、生物堆制法、土壤堆肥法、生物泥浆法和预制床法［8］。2．2．1土耕法将被污染的土壤挖出来放置于处理垫上，以防止污染物转移，并进行定期耕作，以保持良好的通风条件。土耕法需要监测土壤水分和补充无机营养物质（氮、磷、钾），耕作机械定期使废物与细菌、营养物质和空气充分接触，使上部处理带保持好氧状态。土耕法是一项有效的节省成本的方法，处理费用较低，处理时间从60～180d不等，夏季的处理效率很高，而秋、冬两季因为土壤温度下降处理效率降低［9］。2．2．2生物堆制法[关于微生物修复石油污染研究的文献综述]3它是土耕法的一种改进形式。生物堆制通常包括一个打了孔的暗渠，以用来收集沥出物和回收生物堆中的空气。一个真空泵和暗渠连接在一起，给生物堆充气，以促进微生物的生长。李培军等利用生物堆制法对不同类型石油污染土壤进行了修复处理，经过近60d的运行，石油总烃去除率达到了38．37％～56．74％，该技术处理时间在120d不等，处理费用也相对较低［10］。2．2．3土壤堆肥法是一种和土耕法相似的生物修复方法，但是它加入了土壤调理剂，以提供微生物进行生长和进行石油生物降解的能量。这个方法对去除含高浓度不稳定固体的有机复合物是最有效的。加入的物质或调理剂通常是粪肥、营养物质、微生物和稻草等，目的是为了提高土壤的渗透性、增加氧的传输、改善土壤质量以及为快速建立一个大的微生物种群提供能源。与土耕法或生物堆制法相比，土壤堆肥法可以降低承载石油污染土壤的修复时间，处理时间一般是30～120d，处理费用比土耕法略高一点［11］。2．2．4生物泥浆法其主要特点是以水为处理介质，将受污染的土壤挖出后分散于水中，送入接种微生物的反应器内处理，其工艺类似于污水的处理方法，达到处理标准后，将土壤排出，经脱水再运回原地，处理的出水可循环使用，也可视水质情况直接排放或送污水处理厂［12］。2．2．5预制床法在不泄漏的平台上，铺上石子和沙子，将受污染的土壤以15～30cm的厚度平铺其上，加入营养物质和水，必要时也可以加一些表面活性剂，定期翻动土壤以补充氧气，满足土壤中微生物生长的需要；处理过程中流出的渗滤液，回灌于该层土壤上，以便彻底清除污染物。但该方法存在着污染土壤集中运输、操作复杂且成本较高等问题，不适于污染土壤面积较大的工矿环境下的去污处理［13］。3影响微生物修复被石油污染土壤的几种主要因素影响微生物修复被石油污染土壤的因素有很多，主要有石油本身的理化性质、微生物的种类和菌群、表面活性剂等因素。3．1石油的理化性质石油烃生物降解的程度取决于它的化学组成、官能团的性质及数量、分子量大小等因素。通常来说，饱和烃最容易被降解，其次是低分子量的芳香族烃类化合物，高分子量的芳香族烃类化合物、树脂和沥青等则极难被降解。不同烃类化合物的降解率高低顺序是正烷烃、分枝烷烃、低分子量芳香烃、多环芳烃。官能团也影响有机物的生物可利用性，分子量大小对[关于微生物修复石油污染研究的文献综述]4生物降解的影响也很大，高分子化合物的生物可降解性是较低的。石油烃的浓度对生物降解活性也有一定的影响。当浓度相对低时，所有的组分都能被降解；但浓度提高后，降解率便相应降低［14］。3．2微生物的种类和菌群对降解的影响微生物在生物修复过程中既是石油降解的执行者，又是其中的核心动力，因此土壤中微生物的种类和构成是影响石油降解的重要因素。有研究表明，混合培养菌的石油降解效果明显高于单株培养菌。魏呐等通过筛选驯化的耐盐复合高效微生物菌群，对大港油田石油开采产生的废水进行了有机物降解处理［15］。【参考文献】［1］李宝明．石油降解细菌的分离与筛选研究［D］．沈阳农业大学，2004．［2］李慧．石油烃污染对稻田土壤微生物生态系统的影响［D］．中国科学院沈阳应用生态研究所，2005．［3］吴维中，刘钧枯，谢重阁等．沈抚污水灌区矿物油污染综合治理研究［A］．中国环境科学学会、中国农学会．全国污水灌溉和环境学术讨论会论文选集［C］．1982．［4］马志华．石油对海洋环境造成的污染究竟有多大［J］．2002.［5］马放，冯玉杰，任南琪．环境生物技术［M］．化学工业出版社，2003．［6］郭江峰，孙锦荷．污染土壤生物治理研究方法［J］．环境科学进展，1995.［7］李宝明．石油污染土壤微生物修复的研究［D］．中国农业科学院，2007．［8］孙铁珩，周启星，李培军．污染生态学［M］．科学出版社，2001．［9］刘五星，骆永明，滕应等.石油污染土壤的生物修复研究进展［J］．2006.［10］李培军，郭书海，孙铁布等．不同类型原油污染土壤生物修复技术研究［J］．应用生态学报，2002.［11］罗洪君，王绪远，赵骞等．石油污染土壤生物修复技术的研究进展［J］．四川环境，2007．［12］张宝良．油田土壤石油污染与原位修复技术研究．［D］．大庆石油学院，2007．［13］郭书海，张海荣，李凤梅等．含油污泥堆腐处理技术研究［J］．农业环境科学学报，2005．［14］吴凡，刘训理．石油污染土壤的生物修复研究进展［J］．土壤，2007．［15］魏呐，王祥河，李风凯等．复合高效微生物处理高含盐石油开采废水［J］．城市环境与城市生态，2003．