海洋石油污染生物修复技术

12 海 洋 信 息 年 2008 生物修复是指生物催化降解环境污染物，减 少或最终消除环境污染的受控或自发过程。生物 修复的基础是自然界中微生物对污染物的生物代 谢作用，由于自然界生物修复过程一般较慢，难 以推广应用，因此一般指人为条件下的生物修 复。 20 世纪90 年代以来，生物修复技术在石油 污染治理方面逐渐成为核心，取得了理论突破和 重要成果[1]。国内学者也做了大量工作，但主要 为石油污染土壤和地下水的生物修复研究[2]，对 海洋石油污染的生物修复研究相对较少。 海洋环境中石油的归宿和转化过程1 石油烃在海洋环境中的转化过程和归宿受物 理、化学和生物作用的影响。低分子烃类（ C15以 下 ）受蒸发影响进入大气，在大气中受光化学氧 化、降解后，能以原来的形式回到海洋的数量极 少。进入海洋的石油烃经海空输移，可减少一半 以上。海面油膜能进行光氧化作用，而表面海水 中油组分也可进行光氧化降解，这种转化对于芳 烃和杂环芳烃有较大作用。生物转化可分为两个 方面：一是海洋微生物对石油的降解作用；二是 海洋生物对石油烃的摄取作用。微生物降解石油 烃的速率主要与微生物的种类、数量及其介质温 度有关，与石油组分的性质和分散程度有关，分 散程度大，降解速率大。海洋植物也能富集和降 解海水中的部分石油烃。 吸附和沉淀作用可使海洋中的石油进入沉积 物中，途径常有 3 种： 由于轻组分挥发和溶(1) 解使残留物密度增加，从而生成固态小球下沉。 油膜或分散的油滴附着在悬浮颗粒上而沉降(2) 到海底。 溶解的石油烃吸附在固体颗粒物上(3) 沉积。向海底迁移的速度主要与海水中固体颗粒 物的沉积速度有关。进入沉积物的石油烃又会受 底泥微生物的降解。然而，由于沉积物中缺氧， 又不易受到阳光照射，降解速率比海水中慢。 石油降解微生物主要分布于近海、海湾等石 油污染严重地区，这些地区石油降解微生物的数 量多。石油降解微生物的数量和石油的多少无 关，而与细菌数量有关，即海水中养分多，则细 菌数量多，相应地石油降解微生物也多。因此， 在远洋由于营养贫乏，石油降解微生物很少，一 旦受污染，不易消除，后果严重。降解石油微生 物通常生长在油水界面上，而不是油液中。 生物修复中的主要影响因素2 石油的理化性质2.1 石油烃生物降解的程度取决于油的化学组 成、微生物的种类和数量以及环境参数。石油在 海水中存在的物理形式对石油的生物降解有很大 影响。液态芳烃在水—烃界面能被细菌代谢，但 收稿日期： 年 月 日2007 12 15 资金项目：天津科技支撑重点项目（ ）07ZCKFSF02000 海洋石油污染生物修复技术 毛天宇 ，1 2，刘宪斌1，李亚娟 ，1 2 （ 天津科技大学 天津市 交通部天津水运工程科学研究所 天津市 ）1. 300457 2. 300456 摘 要 石油泄漏是海洋环境的重要污染物之一，生物修复技术已逐渐得到广泛应用。本文 从海洋石油污染 物的来源、转化过程、降解机理和影响生物降解因素等方面，论述了生物技术对泄漏入海的石油类污染物的 处理技术经验，以及国内外对于生物修复海洋石油污染取得的成果和存在的问题。 关键词 海洋 石油 污染 生物修复技术 海洋环境保护 第 期 毛天宇 刘宪斌 李亚娟：海洋石油污染生物修复技术 3 13 固态时很难被利用。石油化学组分不同也明显地 影响其被降解的速率。在各组份中，饱和烃最容 易降解，其次是低分子芳香族烃类化合物，高分 子芳香族烃类化合物、树脂和沥青质则极难降 解。不同烃类化合物的降解率是：正烷烃＞支链 烷烃＞低分子芳香烃＞多环芳烃。石油烃类化合 物成分的差异直接影响其生物降解速率，低硫、 高饱和烃的粗油最易降解，高硫、高芳香烃类化 合物的纯油很难降解[3]。 微生物种类2.2 石油降解微生物的种类和数量对海洋石油烃 的降解有明显影响。不同微生物种类对石油烃的 降解能力差别较大，同一菌株对不同烃类的利用 能力差别也较大，混合培养的微生物对石油烃的 降解比纯培养快。石油污染能够诱导降解石油的 微生物种群生长，未受石油污染地区的石油降解 菌不到 1 ％，但受污染地区石油降解菌比例和数 量明显上升，说明石油污染能富集石油降解菌。 环境参数2.3 温度。温度影响烃类的降解速率。一是2.3.1 温度直接影响细菌的生长、繁殖和代谢；二是温 度能影响石油在海洋中的理化性质。提高温度， 促进了石油中一些细菌对有害烃类的挥发，也增 加了石油的乳化程度，有利于对油类的降解。 营养盐。在降解过程中，由于石油含有2.3.2 微生物能利用的大量碳源，海水和海滩中有足够 的微量元素，所以氮和磷成为主要的限制因子。 氧。一些实验证明在厌氧条件下微生物2.3.3 能降解烃类，但在大多数情况下，厌氧时烃类的 生物降解作用比好氧条件下慢得多[4]。石油中各 组分完全生物氧化需消耗大量的氧。据测算 1 g 石油被微生物矿化需 3 ～ 4 g 氧。所以在石油严 重污染的海域，氧可成为石油降解的限制因子。 陆源污染物。美国2.3.4 Brittany 海岸石油泄 漏研究发现，该地区石油烃的生物降解速度比其 他地区快，原因是大量农用氮肥和磷肥进入该海 域，为降解微生物提供了丰富的营养物质[5]。农 药则对河口环境中微生物降解石油有抑制作用。 海洋石油生态修复技术应用实例3 20 世纪 80 年代末美国成功修复 Exxon Valdez 油轮石油泄漏，开创了生物修复在治理海洋污染 中的应用。受污染的海面和海滩通常可采用 3 种 方式进行修复： 投加表面活性剂，增加石油(1) 与海水中微生物的接触面积； 投加高效降解(2) 石油的微生物，增加微生物的种群数量； 投(3) 加氮、磷等营养源，促进土著微生物对石油的降 解[1]。由于表面活性剂可能具有毒性并在环境中 积累；引入高效降解菌不能对土著微生物保持长 久竞争优势，同时会引起相应的生态和社会问 题，不同学者对是否应投入高效微生物及其是否 在生物修复中起作用意见不一，因此对投加营养 盐进行石油污染海洋环境生物修复研究相对较 多。目前主要有 种形式： 缓释型。该类营养3 (1) 盐具有合适的释放速率，通过海潮可缓慢释放营 养物质。 亲油型。亲油肥料可使营养盐“溶(2) 解”到油中，在油相中螯合的营养盐可以促进细 菌在表面生长。 水溶型。该类产品会被海水(3) 溶解，可以解决下层水体及沉积物的污染问题。 存在的问题4 生态问题4.1 不同学者对是否应投入高效微生物以及高效 微生物是否在生物修复中起作用意见不一[6]。 人 为改造生态系统，引进外来生物而造成的生物入 侵问题已不胜枚举。因此应在采取生物修复法解 决海洋石油污染问题前重点评估生态破坏问题。 营养盐的二次污染问题4.2 营养盐是常见的陆源污染物。如果海域发生 大规模石油污染，大范围的营养盐投入，一般会 因投入量过剩而造成某种程度的富营养化。 由于经济的迅猛发展，石油资源运输量会增 加，海洋石油污染更加严峻。采用生物修复技术 进行海洋石油污染清除，值得进一步研究。 参考文献 沈德中 污染环境的生物修复 北京 中国石化出版[1] . [M]. : 社. 2003 金樑，顾宗濂，谢思琴，周德智 石油污染土壤及地下水[2] . 的生物修复进展 应用与环境生物学报 . 1999(5)[J]. 谢丹平 石油污染生物修复技术研究 暨南大学[3] . [D]. . 2004 易绍金，佘跃惠.石油与环境微生物技术[M].北京: 中国[4] 石化出版社. 2002 宋志文，夏文香，曹军 海洋石油污染物的微生物降解与[5] . 生物修复[J].生态学. 2004. 23(3) 李进道，丁美丽，陈德辉等 用长效肥料提高微生物分解[6] . 海面油膜试验[J].青岛海洋大学学报. 1990. 20(3) 海洋环境保护