文档介绍：含油土壤微生物修复技术
国内外研究动态
石油是原油和石油制品的总称。原油是积累的有机物质经过地质变迁而形成的,主要由链烷烃、环烷烃、芳香烃以及少量硫化物、氮化物、环烷酸类等非烃化合物组成的复杂混合物,其中烃类占所有组分的95~%,其化学组成、颜色和物理性状等随产地的不同而略有不同.【1】
石油是现代社会的最主要能源之一,石油工业在国民经济中占有十分重要的地位,也是国家综合国力的重要组成部分,因此世界各国十分重视石油工业的发展。【2】
在石油行业,土壤污染主要来源于油气生产、加工过程中产生的落地原油及含油污泥、钻井废泥浆以及含油污水处理产生的废渣等三部分。【3】
石油进入土壤后,会破坏土壤结构,影响土壤的通透性,降低土壤质量;油污粘着在植物根系上,形成一层粘膜,阻碍植物根系对养分和水分的吸收,引起根系腐烂,影响农作物生长;石油富含的化学基团能与无机氮、磷结合并限制硝化作用和脱磷酸作用,从而使土壤有效氮、磷的含量减少,影响作物的营养吸收;【4】石油中的多环芳烃具有致癌、致畸、致突变等作用【5】。石油烃中不易被土壤吸附的部分能渗入地下污染地下水。
为了消除土壤中的石油污染,各国的研究人员进行了广泛的研究。处理含油土壤的物理和化学方法主要有焚烧法、固化法、热脱附法、溶剂萃取法、洗涤法等,这些方法存在价格较高、破坏土壤结构和组分、造成二次污染等问题,限制了应用范围。【6】
生物修复因其具有成本低、效率高、无二次污染、易操作等优点,被认为是有机污染物修复技术中最有效、最可行和最可靠的方法,越来越引起人们的关注。Hung-Soo Joo等人发现粉末状Candida catenulata 在23%食物残渣和77%柴油污染的土壤(2%柴油)培养13天后,84%最初的石油烃被降解,相比较没有接种的只有48%的降解率。【19】研究表明固定化细胞相比自由细胞有着很高的热稳定性,并且底物浓度明显的影响着降解的能力。【21】
3石油的微生物降解
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动物、植物、微生物都具有降解污染物的能力,但微生物在污染物降解中的作用最大。这是因为微生物具有种类多、分布广、个体小、繁殖快、比表面积大、容易变异的特点。
能降解石油烃的微生物非常多,有100余属,200多个各种(顾传辉等,2001)。一般认为,细菌分解原油比真菌、放线菌容易的多,更能有效地降解原油。降解原油的微生物大量的存在于污染地区,比未受污染地区高出
1-2个数量级。N. N. Pozdnyakova等发现真菌主要降解的是有芳香味的成分,而显微植物则强烈的降解链烷烃石蜡和石油烷烃成分。【20】Michael等(1998)利用rDNA限制性酶切片段多态分析(RFLP)对一被烃类污染的含水土层的微生物区系组成进行了调查,结果表明,在已确定的ro4个序列类型中,94个属于细菌,10个属于古细菌。Y. Higashioka等利用16s rRNA16S ribosomal RNA, xylM, C23O,和bcr基因分析来自两个不同原油污染的土壤样品细菌种群结构后发现,不同样品的种群结构明显不同。【22】
石油中所含的各种烃类,从最简单的Cl化合物至复杂的几十个碳原子的固体残渣,只要条件合适,大多数都能被微生物代谢降解,但难易程度和降解速度不同。一般的石油化学物质按照下列方式被降解【7】
Lu Feng, Wei Wang在2007年发现了一种嗜热脱氮土壤芽孢杆菌“NG80-2具有独特的降解重油和产生表面活性剂的能力;发现了一种关键将重油的主要成分——长链烷烃降解为小分子的生化酶LadA。(PNAS)【28】
好氧微生物对烷烃分解的一般过程是逐步氧化,生成相应的醇、醛和酸,而后经β-氧化进入三羧酸循环,最终分解成CO2和H2O(图1)。最常见的氧化是链烷烃末端***氧化;乙酸在微生物代谢中被分解成为CO2和H2O;剩下的少去两个碳原子的脂肪酸按同样的方式经β-氧化再脱下两个碳原子,新生成的乙酸继续被分解成为CO2和H2O;依此类推,直至在氧的参与下全部烷烃分解完毕。烷烃类物质的β-氧化在某些环境中会受到阻碍,特别是一些带支链的烷烃类物质,这时就可能发生ω-氧化,即在β-氧化受阻时,微生物在烃链的另一端将***氧化。当然,ω-氧化在偶尔的情况下也会与β-氧化同时发生,即一个烃链的两端被同时氧化形成二羧酸。有些微生物攻击链烷烃的次末端,在链内的碳原子上插入氧。这样,首先生成仲醇,再进一步氧化,生成***,***再代谢为酯,酯键裂解生成伯醇和脂肪酸。醇接着继续氧化成醛、羧酸,羧酸则通过β-氧化进一步代谢。
不具备末端***的环烷烃由类似于上述次末端氧