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生物修正技能在石油污染办理中的运用研讨进展

文章出处:贝博棋牌 人气:66发表时间:2022-01-13 02:58:14

  北斗智库环保管家网讯:经过研讨不同类型生物修正技能的修正原理和运用特色,比照在土壤石油污染和海洋石油污染环境中的修正作用,旨在更好地了解生物修正技能,并对往后的研讨要点进行展望。

  石油工业的快速开展,一方面大力推动了国际经济的前进,而另一方面,石油污染也成为国际重视的环境问题。全球每年约有800万t的石油污染物经过不同办法进入生态环境,我国每年有约60万t石油污染物,这些污染物给海洋、土壤、河流和地下水等生态环境构成巨大污染。如今石油污染首要体现在2方面:一是土壤的石油污染,二是海洋的石油污染。

  土壤石油污染多出现在油田邻近土壤中,油田遍地发生的落地原油、油砂、岩屑、泥浆等固体废弃物等会损害土壤安全。石油进入土壤后会改动土壤的理化特性,如阻塞土壤的孔隙结构,使土壤的透水性下降。石油中很多的反响基与土壤中的无机氮、无机磷结合,约束硝化作用和脱磷酸作用,然后削减土壤中有用氮、磷含量,导致土壤有机质的碳氮比(C/N)和碳磷比(C/P)的改动,导致土壤微生物的生计环境的恶化,下降土壤活性;别的,石油中卤代烃、苯系物和多环芳烃等致畸、致癌、致骤变的物质进入土壤后,能够富集在植物和动物体内,在食用了这些受石油污染的生物后,人类和动物的健康会遭到要挟。依据《全国土壤污染状况查询公报》计算,我国土壤中多环芳烃点位超支率超越1.4%。在成功、大庆油田百米范围内的土壤石油烃总量大多超越临界值(500 mg/kg),而在辽河油田重度污染区内,这一数值更是抵达10 000 mg/kg,石油污染已经成为我国最严峻的土壤问题之一。

  海洋石油污染的首要来历为海底溢油、海上井喷事端和运送事端构成的溢油,后者归于人类活动引起的突发性溢油,对环境影响最为严峻。据计算,每年海上油井井喷事端和运送事端构成的溢油高达2.2×107 t。溢油污染的损害首要体现在2方面,首先是溢油会敏捷涣散构成油膜,影响海气交流和植物的光合作用,导致水体严峻缺氧,要挟海洋生物生计,一起,油污附着在海洋生物上,对生物呼吸、捕食、繁衍等行为发生影响;二是石油中多环芳烃等有毒物质会导致海洋生物中毒和逝世,研讨显现,当海水中石油浓度在0.1~1.0 mg/m3时,鱼类前期发育和鱼卵成长均会遭到影响,而人类在食用了富集有毒物质的海洋生物后,健康也会遭到要挟。我国海上溢油事端频发,1973—2006年间,我国共发生海上船只溢油事端2 635起,其间50t以上的严重船只溢油事端69起,总溢油量超越3.7万t。全国海洋环境监测显现,我国近海有5.6万km2海域的含油量超越Ⅰ、Ⅱ类海水水质标准,污染局势日益严峻。跟着社会的开展,人类对石油及其制品需求不断增加,在石油的挖掘、运送、装卸以及运用进程中溢油事端频频发生,为下降石油污染对生态环境的损坏,除了加强对石油挖掘和运送的办理外,对石油污染的办理以及污染受损区域和海域生态功用修正的研讨越发遭到重视。依据处理办法的不同,石油污染办理分为物理修正、化学修正和生物修正,其间,生物修正是经过生物代谢下降石油污染,代谢产品为水、二氧化碳等安稳、无害的物质,因而,比较于其他2种办法,尽管生物修正研讨前史较短,可是却具有宽广的运用远景。

  生物修正是指运用生物,特别是微生物催化降解环境污染物,减小或终究消除环境污染的受控或自发进程,是在微生物降解基础上开展起来的新式的环保技能。比较于传统的化学修正和物理修正,生物修正具有出资小、操作简略、不易发生二次污染等长处。20世纪80年代末,生物修正技能初次成功运用于Exxon Vadez油轮石油走漏事端中,短期内清除了溢油污染,获得了显着成效。生物修正技能依照修正主体的不同可分为微生物修正、植物修正和动物修正。微生物修正在海洋石油污染和土壤石油污染中均有广泛运用,是研讨最多的生物修正技能,现在已发现共200多种,归属100余属的微生物能够有用降解石油,包含了细菌、真菌、霉菌和藻类等微生物类群。植物修正和动物修正首要运用于土壤石油污染中,运用植物和动物对石油的吸收、分化、吸附或其他作用来去除石油。尽管生物修正技能主体不同,施行场所也有所差异,可是微生物在石油生物修正进程中不可或缺。此外,生物修正有必要遵从3个准则:

  ①运用适宜的修正生物,即指具有生理和代谢才干并能降解石油污染物的生物。许多状况下,生物地址就有降解生物,特别是微生物存在,若缺乏,则可挑选参加外源生物;

  ③有适宜的环境条件,比较于化学修正和物理修正,生物修正更易受外界环境影响,如石油污染浓度,当石油浓度过高时生物无法存活,需求经过预处理后方可进行生物修正;外界理化因子,如温度、盐度和pH等也会影响生物成长、繁衍,因而需求经过操控或改动环境条件,使生物的代谢和成长活动处于最佳状况。

  在长时间受石油污染的环境中,如海底溢油区域和油田邻近土壤中,会构成一些专以石油为碳源的微生物群,这些微生物能够分化代谢石油,且数量是未受污染区域的若干倍,经过驯化或诱导后,这些天然的微生物群能够用来办理石油污染,微生物修正技能由此开展而来。研讨证明,微生物经过生物氧化进程分化石油,可是因为微生物品种的多样性以及石油化合物化学结构的复杂性,生化降解的途径非常复杂,不同的微生物对各石油组分的运用办法和降解产品也不相同,首要包含3种途径:

  ③将石油烃转化为醇、苯酚、醛、脂肪酸等物质。一般来说,微生物对饱满烃,特别是饱满烃中的直链烷烃的降解才干最强;其次为二环和三环的芳香烃,而环数为5个及以上的芳香烃难以被微生物降解;胶质和沥青最难被微生物降解。石油污染区域中,降油微生物的品种和数量会有显着的上升,跟石油污染的程度呈正相关,标明石油污染能够促进降油微生物的增殖。可是,在天然条件下,石油的微生物降解速度较慢,因而需求用一些强化措施来加快这一进程。常用的强化措施包含生物强化和生物影响。

  生物强化指在石油污染区域投加外来的降油微生物,此类微生物通常是经过挑选而来,具有高效的石油去除才干。很多研讨标明,增加外源降油微生物能够进步石油的降解速率,如Li等从渤海湾中别离出5株高效石油降解菌TCOB1~TCOB5,并将TCOB4和TCOB5联合运用于石油污染浓度为2%(w/v)的盐水修正中去,1周后水体的石油降解率抵达51.87%,比空白组土著微生物高出数倍。Hassanshahian等从波斯湾受石油污染的水体和底质中别离出18种降油细菌,15 d实验成果显现,其间3株关于萘的降解率超越80%,远高于空白组的6.72%。慕庆峰等从大庆油田油污地中挑选获得了16株石油烃降解优势菌,并用其间2株DPF2和DPF4进行联合实验,成果显现,60 d对石油污染强度为10和20土壤的降解率别离抵达94.12%和90.17%。可是,也有研讨成果标明,增加外源细菌对石油降解功率并没有显着进步,乃至比原先作用更差,怎么云馨的研讨成果显现,增加外源降油细菌后,受污土壤中饱满烃和芳香烃的去除作用别离比空白组下降了4.60%和26.19%;构成这一现象的原因或许有2个,一是外源细菌与土著微生物存在竞赛联系,彼此按捺成长,下降了微生物活性;二是比较于实验室条件,现场修正受外界环境,如温度、盐度、风、浪、捕食等影响较大,这些或许对外源细菌成长、繁衍发生影响。因而,在实际微生物修正处理中,要量体裁衣,挑选适宜的外源细菌进行修正。

  生物影响是指向石油污染区域增加营养盐或表面活性剂等来促进微生物降解石油。在石油污染区域中,石油烃往往是微生物仅有的碳源,易导致微生物成长缓慢,经过外加碳源能够促进微生物成长,进步石油降解功率。如兰贵红等以玉米淀粉作为微生物外来碳源,修正质量比为2.3%的土壤石油污染,40 d的石油降解率抵达67.25%,作用显着。别的,石油污染会构成区域碳含量急剧增加,然后使氮、磷等营养元素成为微生物成长的约束因子,特别是在海洋环境中,氮、磷浓度原本就较低,增加约束级营养元素能显着进步微生物数量,促进石油降解。杨茜等研讨证明,增加氮磷营养盐的处理组8周的石油烃降解率能抵达59.7%,远高于其他组;Zhao等的研讨也标明,在3%的石油污染底质修正进程中,增加氮磷营养盐后,微生物活性和石油去除功率均有显着进步;尽管增加营养元素能够有用进步微生物的石油降解功率,可是还需求评价对生态环境的影响,如在土壤中参加过多肥料会影响植物和农作物成长,还会污染地下水;而在海洋等水域环境中,增加过量的氮、磷营养元素,会导致水体富营养化,诱发赤潮,构成二次污染。表面活性剂能够涣散石油烃组分,使得微生物和石油充沛触摸,然后进步石油降解功率,常见的表面活性剂有非离子表面活性剂、生物表面活性剂和化学表面活性剂等。越来越多的研讨发现,增加表面活性剂能够促进微生物成长、繁衍,进步石油降解功率。Moldes等从戊糖乳杆菌(Lactobacillus pentosus)中提取生物表面活性剂,并运用于辛烷值浓度为700、7 000 mg/kg的污染土壤中,30 d的去除功率均抵达76%,别离是空白组的63.3、3.2倍。生物表面活性剂来历于生物,因而运用进程中不会发生二次污染,是一种既高效又安全的生物影响办法,运用远景宽广,缺陷是价格相对较高。值得注意的是,在运用表面活性剂时,需求测验对微生物的影响,有研讨证明表面活性剂对微生物有必定的毒性,会按捺细菌的成长。生物强化和生物影响对石油降解功率的进步,不同研讨的定论不尽相同,张秀霞等研讨证明,生物强化,即外接微生物的接种量是影响土壤石油降解的最重要要素,氮、磷营养元素影响较大,表面活性剂次之;也有研讨显现,参加标明活性剂和氮、磷营养物质的处理作用要比投加外源细菌好。这或许是因为,因为环境修正的不同,遍地理的作用受影响的程度存在差异。而在实际微生物修正进程中,生物强化和生物影响往往是一起进行的,二者结合石油去除作用更好。

  植物修正技能鼓起于20世纪50年代,首要运用于土壤污染的修正中,具有成本低、环境影响小、能使地表长时间安稳等特色,一起能改进土壤理化性质,消除污染土壤周围的大气和水体中的污染物,有利于改进生态环境。植物的修正才干取决于所挑选植物的生物量、遗传特性、根系发育状况和年纪等要素,根系兴旺的植物能更有用地吸赞同降解有机物质。抱负的修正植物应当具有污染耐受性强、成长快、生物量大等特色。植物对石油的去除可分为3种途径:①植物直接吸收、分化和运用石油化合物,经过木质化、矿化等作用将其转化为本身组分或是CO2、H2O。②根际修正机制,一方面植物开释有机酸、乙醇和蛋白质等根系排泄物,促进根区微生物成长、繁衍;另一方面微生物也有助于植物成长,然后进步石油去除功率,该途径是植物修正中石油降解的首要办法。③植物的矿化作用,即经过改动土壤的物理、化学性质,促进石油降解。因而,植物修正本质上是一种土壤-植物-微生物一起作用的复合修正系统。很多的植物能够参加到石油污染的修正中去,如黑麦草、紫花苜蓿、牵牛花、高羊茅、翅碱蓬、凤仙花、芦苇和大豆等均能有用进步石油去除率。Cai等发现凤仙花对10 000 mg/kg以下石油烃浓度土壤有很好的耐受性,栽培后根际细菌和线 mg/kg石油烃污染土壤的均匀去除率别离抵达65.03%、55.50%,是天然条件下的2倍。Zhang等运用牵牛花修正质量分数0.5%污染的石油土壤,127 d的石油去除率为67.42%,比空白组高31.81%,且饱满烃去除率抵达了82.52%,修正作用显着。比较于独自的植物修正,树立植物-微生物的联合修正系统能够愈加有用去除石油污染,植物的代谢排泄物质能够促进根际微生物的成长,而微生物的存在能够进步植物对外界污染的抵抗力。刘永军等树立黑麦草-不动杆菌联合系统修正土壤石油污染,作用显着,系统中60 d的微生物脱氢酶活性抵达637.73 μg/(g·d),是独自加黑麦草处理组的3.52倍,150 d的石油去除率抵达53.08%,是独自加黑麦草处理组的1.23倍;张丽等经过中试研讨,发现碱蓬-降解菌的联合修正系统能够愈加有用促进石油烃降解菌的繁衍和成长,修正期间细菌均匀值抵达7.2×105个/g,2个月的石油烃降解率抵达47.3%,高于独自加碱蓬处理组的36.1%。不同的植物对石油污染的去除作用存在差异,这与植物的总生物量、成长速率和根系发育状况有关。研讨发现,相同环境条件下,牵牛花的石油烃降解功率要高于紫茉莉,这一方面是因为牵牛花的生物量较大,另一方面是牵牛花根基排泄物更能影响微生物成长。丁正等比较了狗牙根、黑麦草、高羊茅的石油修正作用,发现石油去除功率与植物的茎鲜重和总鲜重呈正相关联系,生物量较大的高羊茅和黑麦草的石油降解率显着高于生物量较小的狗牙根;董亚明等研讨也证明了芦苇、沙枣和柽柳的石油去除功率凹凸依次为芦苇沙枣柽柳。别的,在植物修正的不同阶段,石油的降解速率也有所不同,一般以为修正前期降解速率较快,越到后期降解速率越慢,这或许是因为后期残留的都是难以降解的成分,导致微生物数量和活性下降。

  研讨发现,某些动物可进步土壤通气作用,促进需氧微生物的繁衍,也可促进石油烃与微生物的充沛触摸,一起本身还能够富集和代谢石油类污染物,然后能够运用于石油污染修正之中。比较于微生物和植物修正办法,能够运用于石油污染修正的动物品种相对较少,现在研讨较多的是运用蚯蚓、沙蚕和线虫等修正土壤石油类污染。Ramadass等将体重为0.31~0.39 g,成长状况良好的蚯蚓运用于南澳大利亚受机油污染土壤中,发现必定浓度的石油烃组分能够在蚯蚓体内富集,并影响蚯蚓的成长,一起对10 g/kg的机油污染土壤石油烃去除作用最好,28 d降解率超越60%,比空白组高3倍。Tian等发现,双齿围沙蚕能够经过生物扰动作用,增强沉积物再悬浮进程,将沉积物中石油烃组分带到水体中降解,然后下降石油烃含量。蔡富才等研讨也标明,双齿围沙蚕在短期内能够对芘有显着的富集作用。

  越来越多的研讨标明,比较于单一的修正生物,树立微生物-植物-动物的联合生物修正系统能够愈加有用地降解石油,动物的生物扰动能够增加土壤中的氧气和孔隙率,为植物和微生物供给愈加适宜的成长条件,一起植物的根际作用也能影响微生物成长,进步石油降解功率。He等树立了恶臭假单胞菌+翅碱蓬+沙蚕的联合生物修正系统降解土壤石油,成果标明,比较于翅碱蓬、翅碱蓬+微生物等处理办法,翅碱蓬+微生物+沙蚕处理组对石油烃和多环芳烃的去除率有显着进步。此外,沙蚕还能够改进土壤的pH,增强土壤酶活性。

  生物电化学修正是一种新式的生态修正技能,交融了生物学、电化学和化学等多门学科,原理是运用微生物催化氧化有机污染物。比较于传统的生物修正技能,生物电化学修正将生物修正和动力再生结合,不光能够有用去除石油污染,并且在修正污染的一起能够发生可观的生物能。研讨标明,运用微生物燃料电池(MFCs)等技能能够有用去除环境石油污染:郭璇等运用MFCs处理油田含油废水,成果标明,水体石油含量去除率抵达(81.8±3.0)%,一起能够有用运用石油废水中的碳源产电。Adelaja等研讨发现MFCs的石油污染去除作用受盐度和温度的影响,60 d的实验成果显现,当盐度为1%,石油烃降解率抵达91.6%,温度为40℃时,石油烃降解率抵达97.1%。Li等运用生物电化学技能修正土壤石油污染,发现参加沙子能够增加土壤空地率,然后有用进步土壤中氧气和质子转移,135 d的实验标明,比较于对照组,增加沙子后石油烃降解率进步了268%。

  生物修正技能以成本低、见效快和不易二次污染等优势被越来越多地运用于石油污染的修正中。现在,国内外的研讨首要集中于微生物修正技能,对植物修正、动物修正特别是联合修正系统还需求进一步进行研讨。别的,微生物修正尽管优势显着,可是也有必定的局限性,一般来说,生物修正技能在低浓度石油污染环境中修正作用较好,高浓度石油则不利于修正生物的成长、繁衍,此刻就需求先用物理修正或化学修正进行预处理,下降石油浓度后进行生物修正,一方面能够进步生物修正功率,另一方面也能够收回石油,恰当挽回经济损失。此外,不同的修正生物对比如温度、盐度和pH等环境要素的要求也不尽相同,在进行生物修正时,需求量体裁衣,挑选适宜的生物进行修正,这样才干获得更好的修正作用。

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