環(huán)境生物技術 海洋石油污染 生物防治

1、班級：生物工程班級：生物工程111學號：學號：1101040112姓名：劉姓名：劉 統(tǒng)統(tǒng) 稱稱 海洋占了地球表面積的海洋占了地球表面積的71%,在人類社會發(fā)展在人類社會發(fā)展史中占有非常重要的位置史中占有非常重要的位置,為人們提供了豐富的生為人們提供了豐富的生產資源、生活資源、空間資源。而如今產資源、生活資源、空間資源。而如今,隨著人類隨著人類開發(fā)地球資源的加劇開發(fā)地球資源的加劇,海洋也受到了嚴重的污染。海洋也受到了嚴重的污染。在眾多的污染中在眾多的污染中,石油污染表現(xiàn)得尤為突出石油污染表現(xiàn)得尤為突出。 隨著工業(yè)的發(fā)展，大量的廢油排入海洋，隨著工業(yè)的發(fā)展，大量的廢油排入海洋，形成一層薄薄的油膜散

2、布在海洋上。這層形成一層薄薄的油膜散布在海洋上。這層油膜能抑制海面的蒸發(fā)，阻礙潛熱的釋放，油膜能抑制海面的蒸發(fā)，阻礙潛熱的釋放，引起海水溫度和海面氣溫的升高，加劇氣引起海水溫度和海面氣溫的升高，加劇氣溫的日、年變化。同時，由于蒸發(fā)作用減溫的日、年變化。同時，由于蒸發(fā)作用減弱，海面上的空氣變得干燥，減弱了海洋弱，海面上的空氣變得干燥，減弱了海洋對氣候的調節(jié)作用，使海面上出現(xiàn)類似于對氣候的調節(jié)作用，使海面上出現(xiàn)類似于沙漠的氣候。因而，有人將這種影響稱為沙漠的氣候。因而，有人將這種影響稱為“海洋沙漠化效應海洋沙漠化效應”。 石油是海洋環(huán)境的主要污染物石油是海洋環(huán)境的主要污染物,已經對海洋已經對海洋及

3、近岸環(huán)境造成了嚴重的危害。如何更高及近岸環(huán)境造成了嚴重的危害。如何更高效的解決海洋石油污染是當前時代面臨的效的解決海洋石油污染是當前時代面臨的問題。問題。 隨著生物技術研究的進展和人們對環(huán)境問隨著生物技術研究的進展和人們對環(huán)境問題認識深入，人們已經越來越意識到現(xiàn)代題認識深入，人們已經越來越意識到現(xiàn)代生物技術的發(fā)展為從根本上解決環(huán)境問題生物技術的發(fā)展為從根本上解決環(huán)境問題提供無限的希望。提供無限的希望。 環(huán)境生物技術環(huán)境生物技術（Environmental Biotechnology）是指直接或間接利用生物或生物體的某些組成部分是指直接或間接利用生物或生物體的某些組成部分或某些功能，建立降低或消

4、除污染物的生產工藝或或某些功能，建立降低或消除污染物的生產工藝或能夠高效凈化環(huán)境污染，同時又能生產有用物質的能夠高效凈化環(huán)境污染，同時又能生產有用物質的工程技術?？萍嫉陌l(fā)展充分證明了環(huán)境生物技術在工程技術。科技的發(fā)展充分證明了環(huán)境生物技術在解決環(huán)境問題過程中所顯示出的獨特功能和優(yōu)越性，解決環(huán)境問題過程中所顯示出的獨特功能和優(yōu)越性，它的純生態(tài)過程，體現(xiàn)出了可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略思想，它的純生態(tài)過程，體現(xiàn)出了可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略思想，它具有它具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反應條速度快、消耗低、效率高、成本低、反應條件溫和件溫和以及以及無無二次污染二次污染等顯著優(yōu)點。等顯著優(yōu)點。主要內容主要內容 海洋石

5、油污染概況海洋石油污染概況 海洋石油污染的治理方法海洋石油污染的治理方法 海洋石油污染的生物修復海洋石油污染的生物修復 未來展望未來展望海洋石油污染概況 全世界每年約有全世界每年約有1.0 1.0 10101010 kg kg 的石油進入海的石油進入海洋環(huán)境中。洋環(huán)境中。我國每年排入海洋的石我國每年排入海洋的石油達油達1.8 1.8 10 108 8kgkg。 海洋石油運輸海洋石油運輸 海洋石油開發(fā)海洋石油開發(fā) 海岸排油海岸排油海洋石油污染來源 大氣石油烴沉降大氣石油烴沉降污染現(xiàn)狀總的來說，海洋石油污染呈總的來說，海洋石油污染呈增長的趨勢增長的趨勢, , 某些海灣由于某些海灣由于石油污染而導致

6、的環(huán)境惡化、石油污染而導致的環(huán)境惡化、生物絕跡現(xiàn)象越來越嚴重生物絕跡現(xiàn)象越來越嚴重。u 對環(huán)境的污染對環(huán)境的污染 海面的油膜阻礙大氣與海水的物質交換；海面的油膜阻礙大氣與海水的物質交換； 極地海域冰面上的油膜，能增加對太陽能的吸收而加速冰層的融極地海域冰面上的油膜，能增加對太陽能的吸收而加速冰層的融化，使海平面上升，并影響全球氣候；化，使海平面上升，并影響全球氣候； 海面及海水中的石油烴能溶解部分鹵化烴等污染物，降低界面間海面及海水中的石油烴能溶解部分鹵化烴等污染物，降低界面間的物質遷移轉化率；的物質遷移轉化率； 破壞海濱風景區(qū)和海濱浴場。破壞海濱風景區(qū)和海濱浴場。u 對海洋生物的危害對海洋生

7、物的危害 限制海洋植物的光合作用；限制海洋植物的光合作用； 污染海獸的皮毛和海鳥的羽毛，使它們喪失保溫、游泳或飛行的污染海獸的皮毛和海鳥的羽毛，使它們喪失保溫、游泳或飛行的能力；能力； 干擾海洋生物的攝食、繁殖、生長、行為和生物的趨化性等能力；干擾海洋生物的攝食、繁殖、生長、行為和生物的趨化性等能力； 改變海洋生物群落的種類組成；改變海洋生物群落的種類組成； 毒害海洋生物。毒害海洋生物。u 對人類的影響對人類的影響 石油污染對人類的危害主要通過食物鏈作用。石油污染對人類的危害主要通過食物鏈作用。海洋石油污染的危害海洋石油污染的危害海洋石油的自凈化海洋石油的自凈化 蒸發(fā)：蒸發(fā)： 一般沸點低于一般

8、沸點低于37度的分餾物在幾天內度的分餾物在幾天內 全部蒸發(fā)掉全部蒸發(fā)掉 溶解：溶解：低碳的烴和芳烴相對易溶解低碳的烴和芳烴相對易溶解 乳化：乳化：由于海面水動力因素使油與水激烈混合，由于海面水動力因素使油與水激烈混合，產生乳化，油膜較薄時發(fā)生產生乳化，油膜較薄時發(fā)生 吸附沉淀：吸附沉淀：大氣顆粒和海水顆粒吸收部分烴類大氣顆粒和海水顆粒吸收部分烴類 光氧化：光氧化：某些成分與氧分子結合，形成新的含某些成分與氧分子結合，形成新的含氧物質，其速度與溢油品種、光強、海水溫度氧物質，其速度與溢油品種、光強、海水溫度不同而異不同而異 生物降解：生物降解：海洋微生物對石油的降解，海洋生海洋微生物對石油的降解

9、，海洋生物對石油烴的攝取作用物對石油烴的攝取作用海洋石油污染的治理方法海洋石油污染的治理方法l物理處理法物理處理法:如使用清污船及附屬回收裝置、如使用清污船及附屬回收裝置、圍油欄、吸油材料及磁性分離、圍油欄、吸油材料及磁性分離、海岸帶用海岸帶用高壓水槍清洗等高壓水槍清洗等l化學處理法化學處理法:如燃燒、使用化學處理劑如燃燒、使用化學處理劑(如乳如乳化分散劑、凝油劑、集油劑、沉降劑化分散劑、凝油劑、集油劑、沉降劑)等等l生物處理法生物處理法:人工選擇、培育人工選擇、培育,甚至改良這些甚至改良這些噬油微生物噬油微生物,然后將其投放到受污海域然后將其投放到受污海域,進行進行人工石油烴類生物降解人工石

10、油烴類生物降解l生物降解法的優(yōu)點在于迅速、無殘毒、低生物降解法的優(yōu)點在于迅速、無殘毒、低成本成本,是目前研究的重點。微生物降解石油是目前研究的重點。微生物降解石油烴的速率主要與微生物的種類和數(shù)量及其烴的速率主要與微生物的種類和數(shù)量及其介質的溫度有關介質的溫度有關,還與石油組分的性質和分還與石油組分的性質和分散的程度有關散的程度有關,分散程度大分散程度大,降解的速率也大。降解的速率也大。 石油是鏈烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴以及少量非烴化合物的石油是鏈烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴以及少量非烴化合物的復雜混合物。土壤和水體環(huán)境中存在大量能夠降解石油復雜混合物。土壤和水體環(huán)境中存在大量能夠降解石油烴的微生物，主要是

11、細菌和真菌；細菌在海洋生態(tài)系統(tǒng)烴的微生物，主要是細菌和真菌；細菌在海洋生態(tài)系統(tǒng)的石油烴降解中占有主導地位，而真菌則是淡水和陸地的石油烴降解中占有主導地位，而真菌則是淡水和陸地生態(tài)系統(tǒng)中更為重要的修復因子生態(tài)系統(tǒng)中更為重要的修復因子。 微生物對石油的降解機理A鏈烷烴的降解鏈烷烴的降解 + O2R-CH2- CH2-CH3 R- CH2-CH2-COOH 氧化氧化 CO2 + H2O CH2-COOH + R-COOH直鏈烷烴首先被氧化成醇，醇在脫氫酶的作用下被氧化為相應直鏈烷烴首先被氧化成醇，醇在脫氫酶的作用下被氧化為相應的醛，通過醛脫氫酶的作用氧化成脂肪酸。轉化為相應的脂肪的醛，通過醛脫氫酶的

12、作用氧化成脂肪酸。轉化為相應的脂肪酸后，隨后的酸后，隨后的一氧化序列，即形成羧基并脫落一氧化序列，即形成羧基并脫落2 2個碳原子，個碳原子，分解產物可以進入三羧酸循環(huán)并釋放能量，或進入其他生化過分解產物可以進入三羧酸循環(huán)并釋放能量，或進入其他生化過程。程。 B B無支鏈環(huán)烷烴的降解無支鏈環(huán)烷烴的降解 以環(huán)己烷為例以環(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，環(huán)己酮氧化開鏈而不能氧化環(huán)己烷，兩類以上微生物的兩類以上微生物的下將污染物下將污染物 徹底降解徹底降解共代謝共代謝。C芳香烴 芳香烴

13、普遍具有生物毒性，但在低濃度范圍內它們可芳香烴普遍具有生物毒性，但在低濃度范圍內它們可以不同程度的被微生物分解。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已知降解不同芳香烴的細菌類別 苯的代謝苯的降解首先經苯雙加氧酶的作用，形成苯的降解首先經苯雙加氧酶的作用，形成順苯二氫二醇順苯二氫二醇，再經順苯二醇，再經順苯二醇雙加氧酶的作用，形成代謝中間體雙加氧酶的作用，形成代謝中間體鄰苯二酚鄰苯二酚。鄰苯二酚的代謝可分為鄰。鄰苯二酚的代謝可分為鄰位切割與間位切割兩種途徑，進而分解進入三羧酸循環(huán)。位切割與間位切割兩種途徑，進而分解進入三羧酸循環(huán)。l 細菌和真菌降解的關鍵步驟是第被氧化酶氧化的細

14、菌和真菌降解的關鍵步驟是第被氧化酶氧化的過程，此過程需要氧分子的參與，代謝產生的物過程，此過程需要氧分子的參與，代謝產生的物質一方面可以被微生物利用合成細胞質一方面可以被微生物利用合成細胞成分成分,一方一方面也可以氧化成面也可以氧化成CO2和和H2O。 研究表明，當菌群處于石研究表明，當菌群處于石油污染環(huán)境中時，利用烴油污染環(huán)境中時，利用烴類化合物的微生物數(shù)量急類化合物的微生物數(shù)量急劇增長，尤其是含降解質劇增長，尤其是含降解質粒的為微生物。正常環(huán)境粒的為微生物。正常環(huán)境下降解菌一般只占微生物下降解菌一般只占微生物群落的群落的1，當環(huán)境受到，當環(huán)境受到石油污染時，降解菌比例石油污染時，降解菌比例

15、提高到提高到10。含質粒細菌。含質粒細菌在石油烴污染環(huán)境中出現(xiàn)在石油烴污染環(huán)境中出現(xiàn)的頻率和數(shù)量比非污染環(huán)的頻率和數(shù)量比非污染環(huán)境高。境高。 說明質粒在石油烴降解中說明質粒在石油烴降解中可能起到重要作用。降解可能起到重要作用。降解質粒的存在為降解工程菌質粒的存在為降解工程菌的構建提供了可能。的構建提供了可能。電鏡下的質粒u 研究人員發(fā)現(xiàn)海洋中的假單胞菌有研究人員發(fā)現(xiàn)海洋中的假單胞菌有8 種降解石油的質粒：美國通用電氣種降解石油的質粒：美國通用電氣公司通過重組公司通過重組DNA 技術構建同時含有技術構建同時含有4 種質粒的種質粒的“超級菌超級菌”，降解石油烴類，降解石油烴類的能力比野生菌高幾十倍

16、到幾百倍，的能力比野生菌高幾十倍到幾百倍，降解同樣面積海上石油，野生菌需要降解同樣面積海上石油，野生菌需要1 年以上，而年以上，而“超級菌超級菌”只需幾小時。只需幾小時。海洋石油污染的生物修復海洋石油污染的生物修復 自自20世紀世紀90年代以來，由于生物修復技術的發(fā)年代以來，由于生物修復技術的發(fā)展和研究成果所展示的生物技術生命力，使生展和研究成果所展示的生物技術生命力，使生物技術在石油污染治理方面逐漸成為核心技術，物技術在石油污染治理方面逐漸成為核心技術，成為當今石油污染去除的主要途徑。成為當今石油污染去除的主要途徑。 生物修復：生物修復：是指生物催化降解環(huán)境污染物，是指生物催化降解環(huán)境污染物

17、，減少或最終消除環(huán)境污染的受控或自發(fā)過程。減少或最終消除環(huán)境污染的受控或自發(fā)過程。在生物降解基礎上研究發(fā)展的生物修復在提高在生物降解基礎上研究發(fā)展的生物修復在提高石油降解速率，最終將石油轉化為無毒性的終石油降解速率，最終將石油轉化為無毒性的終產物。產物。石油污染的生物修復技術石油污染的生物修復技術環(huán)境環(huán)境強化強化加入高效加入高效降解菌株降解菌株接種石油接種石油降解菌降解菌生物表面生物表面活性劑活性劑氮、磷營氮、磷營養(yǎng)鹽添加養(yǎng)鹽添加p 具體方法 1.接種石油降解菌接種石油降解菌 通過生物改良的超級細菌能夠高效的去除石通過生物改良的超級細菌能夠高效的去除石油污染物，被認為是一種很有發(fā)展前途的海油污

18、染物，被認為是一種很有發(fā)展前途的海洋修復技術。國外有幾項成功的案例如洋修復技術。國外有幾項成功的案例如Swannell等使用等使用AlpaBiosea TM菌劑，菌劑，Tsutsumi等使用等使用Terra Tyme TM制劑達到較好制劑達到較好的修復效果。的修復效果。試驗已表明基因工程菌可以迅速利用石試驗已表明基因工程菌可以迅速利用石 油，油，但是土著微生物常常會影響接種微生物的活但是土著微生物常常會影響接種微生物的活動。也會引起相應的生態(tài)和社會問題，目前動。也會引起相應的生態(tài)和社會問題，目前對是否投入高效微生物存在爭議。對是否投入高效微生物存在爭議。2. 環(huán)境強化修復環(huán)境強化修復 目前海洋

19、石油污染的生物修復主要是通目前海洋石油污染的生物修復主要是通過改變環(huán)境因素，如加入營養(yǎng)鹽過改變環(huán)境因素，如加入營養(yǎng)鹽(如肥料如肥料)或改善污染環(huán)境遇氣狀況，以提高微生物或改善污染環(huán)境遇氣狀況，以提高微生物的代謝能力，降解污染物。的代謝能力，降解污染物?？梢栽黾佑团c海水中微生物的接觸面積，增可以增加油與海水中微生物的接觸面積，增加細菌對石油的利用性加細菌對石油的利用性，已有有許多商品制已有有許多商品制劑可供使用劑可供使用.但一些表面活性劑其毒性和持久性會造成二但一些表面活性劑其毒性和持久性會造成二次污染，因此，在實際應用中常利用微生物次污染，因此，在實際應用中常利用微生物產生的產生的生物表面活性

20、劑生物表面活性劑來加速石油的降解。來加速石油的降解。生物表面活性劑：是指細菌、真菌和酵母在生物表面活性劑：是指細菌、真菌和酵母在某一特定條件下在其生長過程中分泌出的具某一特定條件下在其生長過程中分泌出的具有表面活性的代謝物。能將烴類物質乳化，有表面活性的代謝物。能將烴類物質乳化，進而促進其降解。如高分子生物表面活性劑進而促進其降解。如高分子生物表面活性劑（EMG）能使稠油乳化在水中，可應用于重）能使稠油乳化在水中，可應用于重油運輸和去除石油污染。油運輸和去除石油污染。緩釋緩釋肥料肥料要求有適合的釋放速度，通過海潮可以將營養(yǎng)要求有適合的釋放速度，通過海潮可以將營養(yǎng)物質緩慢的釋放出來，為石油降解菌

21、的生長繁物質緩慢的釋放出來，為石油降解菌的生長繁殖持續(xù)補充營養(yǎng)鹽，提高石油降解速率。殖持續(xù)補充營養(yǎng)鹽，提高石油降解速率。親油親油肥料肥料水溶性水溶性肥料肥料親油肥料可使營養(yǎng)鹽親油肥料可使營養(yǎng)鹽“溶解溶解”到油中。在油到油中。在油相中螯合的營養(yǎng)鹽可以促進細菌在表面的生相中螯合的營養(yǎng)鹽可以促進細菌在表面的生長。長。一些含氮、磷的水溶性鹽，如硝酸銨，三聚一些含氮、磷的水溶性鹽，如硝酸銨，三聚磷酸鹽等和海水混合溶解，可解決下層水體磷酸鹽等和海水混合溶解，可解決下層水體污染物的降解。污染物的降解。 使用氮、磷營養(yǎng)鹽使用氮、磷營養(yǎng)鹽 投入氮、磷營養(yǎng)鹽是最簡單有效的方法。在海洋出現(xiàn)溢油后，石油投入氮、磷營養(yǎng)

22、鹽是最簡單有效的方法。在海洋出現(xiàn)溢油后，石油降解菌會大量繁殖，碳源充足，限制降解的是氧和營養(yǎng)鹽的供應降解菌會大量繁殖，碳源充足，限制降解的是氧和營養(yǎng)鹽的供應。1989年，美國環(huán)保局在阿拉斯加年，美國環(huán)保局在阿拉斯加Exxon Valdez 石油泄石油泄漏事故中，利用生物修復技術成功治理環(huán)境污染。從漏事故中，利用生物修復技術成功治理環(huán)境污染。從污染海灘分離的細菌菌株與不受污染的分離菌株相比，污染海灘分離的細菌菌株與不受污染的分離菌株相比，前者具有特殊的降解能力；同時，對現(xiàn)場的環(huán)境因子前者具有特殊的降解能力；同時，對現(xiàn)場的環(huán)境因子進行分析，發(fā)現(xiàn)由于營養(yǎng)鹽缺乏，微生物降解能力受進行分析，發(fā)現(xiàn)由于營養(yǎng)鹽缺乏，微生物降解能力受到限制，外加如親油肥料，一段時間后，與沒有加入到限制，外加如親油肥料，一段時間后，與沒有加入營養(yǎng)鹽的對照相比，前者污染物的降解速率加快了。營養(yǎng)