海洋微生物與海洋污染治理

關(guān)于海洋微生物與海洋污染治理一、人類活動(dòng)對(duì)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(jìn)入海洋。如DDT，PCBs、揮發(fā)性有機(jī)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(gè)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。第2頁,共31頁，2024年2月25日，星期天海洋環(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(diǎn)、油的蒸氣壓、海況：風(fēng)速、碎浪、氣泡二、溶解三、乳化作用四、光化學(xué)氧化作用五、微生物降解作用第3頁,共31頁，2024年2月25日，星期天海洋中的許多微生物可以降解石油中的碳?xì)浠衔?。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環(huán)的復(fù)雜碳?xì)浠衔?。一般認(rèn)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(fù)雜結(jié)構(gòu)的化合物，如有分支和（或）濃縮苯環(huán)，對(duì)生物降解具有抗性。碳?xì)浠衔锏慕Y(jié)構(gòu)越復(fù)雜，含有的甲基分支和濃縮芳香環(huán)越多，就越難降解。第4頁,共31頁，2024年2月25日，星期天二、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(xué)分散劑4、燃燒5、海岸帶用高壓水槍清洗。第5頁,共31頁，2024年2月25日，星期天難降解物的生物降解第6頁,共31頁，2024年2月25日，星期天由于石油污染所造成海鳥死亡的可怕景象第7頁,共31頁，2024年2月25日，星期天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(fù)雜混合物。石油污染主要出現(xiàn)在采油區(qū)和石油運(yùn)輸事故現(xiàn)場(chǎng)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(guān)第8頁,共31頁，2024年2月25日，星期天A．鏈長(zhǎng)度鏈中等長(zhǎng)度（C10~C24）＞鏈很長(zhǎng)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

第9頁,共31頁，2024年2月25日，星期天4.3.2降解石油的微生物降解石油的微生物很多，據(jù)報(bào)道有200多種細(xì)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(lán)藻和綠藻第10頁,共31頁，2024年2月25日，星期天4.3.3石油的降解機(jī)理A．鏈烷烴的降解

+O2R-CH2-CH2-CH3R-CH2-CH2-COOHβ-氧化CO2+H2OCH2-COOH+R-COOH第11頁,共31頁，2024年2月25日，星期天B．無支鏈環(huán)烷烴的降解以環(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。第12頁,共31頁，2024年2月25日，星期天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(xì)菌類別第13頁,共31頁，2024年2月25日，星期天

苯和酚的代謝苯、萘、菲、蒽的降解為如下圖所示

苯的代謝第14頁,共31頁，2024年2月25日，星期天三、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(yán)重的達(dá)到70%。一般需要2-4周才能發(fā)現(xiàn)顯著的生物降解，0.03g/m3.d，而嚴(yán)重的地方就是一天之內(nèi)就可以看到明顯的降解。0.5-50g/m3.d。從石油污染的地點(diǎn)采集，篩選并擴(kuò)大培養(yǎng)?；蚬こ碳?xì)菌第15頁,共31頁，2024年2月25日，星期天2、使用分散劑作用是增加細(xì)菌對(duì)石油的利用性。商品化的是Sugee2，可促進(jìn)原油中C17-28正烷烴降解。1989使用分散劑時(shí)，不要產(chǎn)生新的污染。微生物產(chǎn)的表面活性劑最好。Harvery1990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?、接觸時(shí)間、沖洗濃度、有無黃原膠等都有影響。第16頁,共31頁，2024年2月25日，星期天3、使用氮磷營養(yǎng)鹽石油降解菌生長(zhǎng)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。第17頁,共31頁，2024年2月25日，星期天美國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。第18頁,共31頁，2024年2月25日，星期天親油肥料在油相中獒合的營養(yǎng)鹽可以促進(jìn)細(xì)菌在表面生長(zhǎng)。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ElfAquitaine產(chǎn)InipolEAP22，0.5L/M2，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。第19頁,共31頁，2024年2月25日，星期天水溶性肥料硝酸銨和三聚磷酸鹽與海水混合，噴頭噴灑。InipolEAP22表現(xiàn)良好，在28*14的小區(qū)內(nèi)，2-3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(duì)照無變化。第20頁,共31頁，2024年2月25日，星期天以色列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(xì)菌已經(jīng)分離到。生物修復(fù)非常有效。第21頁,共31頁，2024年2月25日，星期天海上石油的清除方法石油泄露后會(huì)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(xué)反應(yīng)降解部分的化合物。泄露的原油最終分散在水體中。事實(shí)上，在較惡劣的天氣情況下，原油幾小時(shí)后就會(huì)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(xué)分散劑以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(gè)巨大的水體中，微生物可獲得足夠的生長(zhǎng)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MegaBorg石油泄露事故去進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，但沒有看到相關(guān)數(shù)據(jù)來顯示該產(chǎn)品的有效性。第22頁,共31頁，2024年2月25日，星期天墨西哥海灣發(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。第23頁,共31頁，2024年2月25日，星期天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，SeaEmpress在沙灘上石油泄露后，就刮取石油進(jìn)入壕溝，然后用帶真空泵卡車收集。ExxonValdez石油泄露后，也是清洗原油入海，然后用撇油機(jī)收集。生物修復(fù)的目標(biāo)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(fù)主要通過添加肥料來減輕微生物生長(zhǎng)的限制性因素。第24頁,共31頁，2024年2月25日，星期天在AmocoCadiz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(rèn)為該處會(huì)含有大量的降解石油的微生物，低分子量的化合物會(huì)比蒸發(fā)和溶解更快，從而進(jìn)行生物修復(fù)，但在AmocoCadiz的實(shí)際過程中，生物修復(fù)經(jīng)過一段延緩期后（一般2-4周）才較快的進(jìn)行。而當(dāng)Tanio油輪再次在布列塔尼發(fā)生石油泄露后，24小時(shí)內(nèi)就可以檢測(cè)到碳?xì)浠衔锏目焖俳到?。海浪曝氣和農(nóng)業(yè)廢水?dāng)y帶的大量N、P營養(yǎng)鹽進(jìn)入該水域，滿足了石油降解菌生長(zhǎng)所需要的物質(zhì)。第25頁,共31頁，2024年2月25日，星期天四、鹵代烴的生物降解鹵代烴有毒且比較穩(wěn)定，對(duì)環(huán)境的危害較大。多氯聯(lián)苯（PCBS），多溴聯(lián)苯（PBBS）和DDT對(duì)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(gè)容器中，增加選擇壓力，過一段時(shí)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-assistedmoleculorbreeding,PAMB）第26頁,共31頁，2024年2月25日，星期天氯苯氧基的半衰期隨濃度而發(fā)生變化氯苯氧基：1*10-625天；1000*10-61-3年;2,4,5-T106天使用降解菌，30度溫度

3天，1*10-6

，99%以上的2,4,5-T1-2周，1次接種，10-2000*10-6

，99-100%6次接種，20000*10-6，99.5%

第27頁,共31頁，2024年2月25日，星期天五、藻類對(duì)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(xué)沉淀、氧化還原反應(yīng)、電化學(xué)處理和膜處理技術(shù)）不可行。藻類具有吸附重金屬的能力?；钤宓奈锢砦剑ㄉ镂剑┖突瘜W(xué)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(shí)現(xiàn)的，幾天后，只有10%是生物積累。死藻細(xì)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）的能力更強(qiáng)。可重復(fù)利用，可回收重金屬。第28頁,共31頁，2024年2月25日，星期天吸附的原因Ascophyllumnodosum的死藻體對(duì)Co