微生物在海洋石油污染中的應(yīng)用講義資料

微生物在海洋石油污染中的應(yīng)用目錄1.海洋石油污染的起因2.海洋石油污染的過程3.海洋石油污染的危害4.微生物降解石油的原理5.降解石油微生物的種類6.影響降解效果的因素7.微生物降解石油的應(yīng)用前景1.海洋石油污染的起因、過程及危害1.1海洋石油污染的起因地球表面被各大陸地分隔為彼此相通的廣大水域稱為海洋，其總面積約為3.6億平方公里，約占地球表面積的71%，海洋中含有十三億五千多萬立方千米的水，約占地球上總水量的97%。石油進入海洋途徑主要由以下幾個方面：①煉油廠將含油廢水經(jīng)河流或直接注入海洋；②油船漏油、排放和發(fā)生事故；③海底油田在開采過程中的溢漏及井噴；④大氣中的低分子石油烴沉降到海洋水域；⑤海洋底層局部自然溢油。蒸發(fā)

石油在擴散和漂移過程中，輕組分通過蒸發(fā)逸入大氣，其速率隨分子量、沸點、油膜表面積和厚度而不同。含碳原子數(shù)小于12的烴在入海幾小時內(nèi)便大部分蒸發(fā)逸走，碳原子數(shù)在12～20的烴的蒸發(fā)要經(jīng)過若干星期，碳原子數(shù)大于20的烴不易蒸發(fā)。蒸發(fā)作用是海洋油污染自然消失的一個重要因素。通過蒸發(fā)作用大約消除泄入海中石油總量的1/4～1/3。氧化

海面油膜在光和微量元素的催化下發(fā)生自氧化和光化學氧化反應(yīng)，氧化是石油化學降解的主要途徑。擴散、蒸發(fā)和氧化過程在石油入海后的若干天內(nèi)對水體石油的消失起重要作用，其中擴散速率高于自然分解速率。溶解

低分子烴和有些極性化合物還會溶入海水中。正鏈烷在水中的溶解度與其分子量成反比，芳烴的溶解度大于鏈烷。一般溶解和蒸發(fā)的都是低分子烴。乳化

石油入海后，由于海流、渦流、潮汐和風浪的攪動，容易發(fā)生乳化作用。包括兩種形式：油包水乳化和水包油乳化，前者較穩(wěn)定，能長期在水面上漂??；后者較不穩(wěn)定、易消失。油溢后如使用分散劑有助于水包油乳化的形成，加速海面油污的去除，也加速生物對石油的吸收。沉積

海面的石油經(jīng)過蒸發(fā)和溶解后，形成致密的分散離子，聚合成瀝青塊，或吸附于其他顆粒物上，最后沉降于海底，或漂浮上海灘。在海流和海浪的作用下，沉入海底的石油或石油氧化產(chǎn)物，還可再上浮到海面，造成二次污染。3.海洋石油污染的危害3.1對環(huán)境的影響①海面形成的石油膜阻礙大氣與海水之間的氣體交換，影響了海水對電磁輻射的吸收、傳遞和反射。②覆蓋在極地冰面的油膜，會增強冰塊吸熱能力，加速冰層融化。③海面和海水中的石油會溶解鹵代烴等污染物中的親油組分，形成其他污染。④石油污染會破壞海濱風景區(qū)和海濱浴場。3.2對生物的危害①油膜減弱了太陽輻射透入海水的能量，會影響海洋植物的光合作用。②油膜沾污海獸的皮毛和海鳥羽毛，使它們失去保溫、游泳或飛行的能力。③油污會干擾生物的攝食、繁殖、生長、行為和生物的趨化性等能力。④受石油嚴重污染的海域還會導(dǎo)致個別生物種豐度和分布的變化，從而改變?nèi)郝涞姆N類組成。⑤高濃度的石油會降低微型藻類的固氮能力，阻礙其生長，致其死亡。⑥沉降于潮間帶和淺水海底的石油，使一些動物幼蟲、海藻孢子失去適宜的固著基質(zhì)或使其成體降低固著能力。⑦油污能使許多動物的胚胎和幼體發(fā)育異常、生長遲緩。⑧油污還能使一些動物致病,如魚鰓壞死、皮膚糜爛、患胃病以至致癌等。⑨油污可進入地下水系，直接污染地下水源，影響居民用水和農(nóng)田灌溉。⑩石油中一些致畸致癌物質(zhì)還可通過食物鏈的生物富集作用危害人類健康。3.3對水產(chǎn)業(yè)的影響①海洋石油污染會改變某些經(jīng)濟魚類的洄游路線；②沾污魚網(wǎng)、養(yǎng)殖等器材和漁獲物；③粘油污的魚、貝等海產(chǎn)食品，難于銷售或不能食用。4.微生物降解石油的原理石油是多種烴類組成的混合物，包括烷烴、環(huán)烷烴和芳烴等。在石油烴類中，直鏈烴類最易被氧化，芳烴和環(huán)烷烴的氧化較難。微生物對直鏈烴的氧化有多種方式：單末端氧化、雙末端氧化等。其中單末端氧化是最主要的方式。如對正鏈烷的氧化：首先在單氧化酶系的酶促下，將氧和烴反應(yīng)生成相應(yīng)的醇和水，然后醇在脫氫酶的作用下被氧化成相應(yīng)的醛和酸。脂肪酸再通過β氧化和三羧酸循環(huán)進一步氧化成二氧化碳和水。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。苯是芳烴的代表，微生物對苯的氧化，首先是在氧化酶系的作用下，將氧的分子加到苯環(huán)上形成鄰苯二酚，然后經(jīng)一系列酶促反應(yīng)，相繼生成β-酮基己二酸、琥珀酸等。烴類被微生物氧化后，約有20～70％的組分轉(zhuǎn)化為微生物細胞的組分。5.降解石油微生物的種類微生物在海洋石油的降解過程中發(fā)揮了重要作用。我們把能夠降解（氧化）石油烴，或以石油烴為其碳源的微生物稱為烴類微生物。截止1983年，已發(fā)現(xiàn)有75個屬的微生物能夠直接降解（或輔氧化）一種或多種石油烴，其中細菌39屬、真菌19屬、酵母菌17屬。細菌——假單胞菌、棒桿菌屬、微球菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬等放線菌——諾卡氏菌等酵母菌——假絲酵母等霉菌——青霉屬等藻類——藍藻和綠藻烴類微生物廣泛分布于海洋的各個角落，其種類和數(shù)量因時間、地點和環(huán)境條件不同而異。一般來說，細菌的數(shù)量大于真菌和酵母，近海烴類微生物的數(shù)量高于大洋，表層水膜和海底沉積物的菌量高于水體，油污水域的菌量大于非油污水域。在油污水樣中，菌量可高達103～106/L。因此，烴類微生物的菌量往往可以反映水體中油污的量。6.影響降解效果的因素微生物對石油烴的降解取決于：①原油的組分、數(shù)量、物理特性和油污方式；②微生物的種類、數(shù)量及生理特性；③海域的溫度、氧含量、營養(yǎng)鹽、鹽度、海流和pH等。環(huán)境因素，既影響微生物的生長和代謝活動，也影響石油入海后的理化特性