石油烃降解菌的研究【文献综述】

文献综述

食品科学与工程

石油烃降解菌的研究

[摘要]石油烃降解菌，是一种能在油水表面上生长而降解石油的微生物，因土壤和近海中含有丰富的N、P等营养原料，所以在近海和土壤中的石油烃降解菌的密集度较高，然而，由于远海中会缺乏N、P等营养物质，所以石油降解菌的繁殖受到一定的制约。当海水一旦受到石油的污染后，降解菌就不能很快消除污染物，所以培养适应能力和降解率高的石油降解菌是解决石油污染的主要方法。

[关键词]石油污染；石油烃降解菌；石油烃（TPH），微生物

作为现代工业的关键燃料和原料，石油及其加工品广泛应用在生产和生活的各个领域，包括工业、军事、交通等各行业，但是随着石油工业的快速发展,石油同时也成为海洋环境的主要污染物.据初步统计,由于各种原因,全世界每年有约1.0×107t的石油进入海洋环境中,我国每年排入海洋的石油达1.15×105t[1]。

由于工艺水平的限制和处理技术的落后，大量含石油类的废水、废渣不可避免的被排入到生态环境中，严重了影响整个生态系统，尤其是土壤和海洋系统。虽然石油在人类社会发展提供有力的能源来源，但伴随带来的环境污染问题也日益加剧。土壤，是人类赖以生存的重要自然资源之一，要对受石油污染土壤进行完整的治理，并使它在短时间内达到可耕作的标准水平，对于保护生态环境、实现农业和工业的可持续发展具有非常重要的意义。在污染土壤的各种治理的方法中，微生物修复法对环境破坏性小而且消费低而受到人们的重视，近年来的发展尤为迅速，在一定程度上为污染土壤的修复带来技术上的更新，也为解决石油污染问题带来新的希冀。但是，从污染性质来看，即使油井关闭后，其对环境的影响仍会持续相当长的时间[2]。这些都引起了社会各界的普遍关注,近年来，从中央到地方各大主要媒体对这一问题均作了大量专题报道[3]。

一、土壤石油污染的来源

石油污染,一般指原油的初级加工产品(包括汽油、柴油等)以及各类石油的分解产物所造成的污染。在石油的开采、加工和使用的过程中，造成的石油溢出和泄漏，对环境（空气、土壤、海洋等）产生极大的负面影响。而土壤是作为物质流动和能量循环的重要环境，常常是污染物迁移、停留和积累的最终承受者。

石油污染物主要是通过五种方式进入到土壤中：⑴原油的泄漏和溢油意外引起的落地原油污染；⑵含油的矿渣、污泥和废物的堆放，导致石油向土壤渗透并向四周扩散；⑶使用含油污水灌溉农田；⑷汽车尾气的排放所产生的气态石油类污染物渗入到土壤中；⑸药剂污染，即作为各种杀虫剂、防腐剂的溶剂和乳化剂等的石油类物质随药剂使用而进入到土壤中。在这些因素中，前三个因素是引起土壤石油污染最主要的原因，造成污染的面积

最大，也是是土壤中污染物含量高的因素。

再者，井喷事故和输油管线的泄漏等产生的落地原油是土壤石油污染的主要原因之一。同时，石油开采和回收过程中产生的含油污泥处理不当也是我国土壤石油污染的另一个主要原因。目前，由于油田开发大多是采用了早期注水的方法保持地层压力，在原油脱水的过程中，脱水罐、污水罐等底部慢慢积累了大量的含油污泥；在油田、炼油厂的污水处理地（如隔油池底、曝气池等）也存在着大量的含油污泥。据不完全统计，在我国的石油化学行业中，每年平均产生80万吨的罐底泥和池底泥。再加上，对含油污泥的处置还不当，如露天放置、填埋等，导致土壤污染的问题愈加严重。另外，据初步统计，全国因使用污水灌溉田地而导致的土壤污染面积达到9300公顷[4]。

二、石油类污染物对土壤的危害

石油类污染物进入土壤之后，由于其具有难以去除并且残留时间长的特点，使土壤中的碳源大量增加，直接导致土壤中C：N比失调以及酸碱度的变化，破坏了土壤结构，给受污染土壤带来一系列的危害，对污染地区的生态环境产生巨大负面影响。主要表现在以下四个方面[5]：

1、对土壤理化性质的影响

石油类污染物进入土壤后，由于其密度较小、粘着力强并且具有疏水性，因此在土壤中易与土粒粘连，堵塞土壤孔隙，影响土壤透水性、透气性；其次，由于石油烃中含有大量的有机碳，因此会改变土壤有机质的组成和结构，使碳、氮、磷比例严重失调；再次，土壤中的石油还限制营养元素从土壤颗粒进到土壤溶液，使土壤肥力下降；另外石油在土壤中的代谢中间产物具有一些特征官能团，能吸收和络合重金属离子，从而影响重金属在土壤一植物系统中的迁移转化[6]。

2、对土壤微生物群落的影响

微生物是土壤生态系统中的重要成员，在土壤以及生物圈的物质循环和能量流动中起关键性作用。国内外许多研究表明，由于石油组分对许多微生物具有毒性作用，因此污染物进入土壤之后能够导致土壤微生物群落结构及种群多样性的改变。

3、对动物和人类的影响

石油污染物一般可以通过皮肤接触、呼吸、食用含污染物的食物等途径进入动物和人体内，影响多种器官的正常功能，引发多种疾病。石油对蚯蚓有急性致死及慢性亚致死效应，有研究表明，当土壤中石油质量分数为1.5%时，蚯蚓生存7d的存活率低于40%；当石油质量分数为5%，蚯蚓存活时间不超过2周。石油对鸟类的组织、器官也有损伤，长期摄入石油污染物能够导致胃出血和溃烂，损害肝脏，诱发神经失常，使雌鸟的产卵推迟，产出蛋壳厚度变薄，孵化率低。在石油各组分中，芳香烃对生物的毒性最大，特别是多环芳烃（PAHs）。大量的研究表明，多环芳烃具有致癌、致畸、致突变的作用。而低沸点的燃料油及润滑油类能引起人体的麻醉、窒息、化学性肺炎和皮炎等[7]。

总之，进入土壤的石油烃能在多方面影响到土壤环境，对其生态系统造成严重的影响:1)土壤中TPH会堵塞土壤的孔隙，改变了土壤的成分和结构，引起土壤的碳氮比和碳磷比的失调;2)TPH会阻碍植物根端的吸收，造成根部的腐烂，从而影响植物的健康生长，导致产量降低;3)经吸收作用积累到植物内部的TPH具有致变、致癌、致畸形的危害，经过多

种的食物链流入到动物和人体体内，最后就影响人体的健康质量;4)没被土壤吸收的TPH将渗入地下并污染地下水，增加污染的范围，对人类生活的环境引起多个层面的广泛影响

[8]。

三、石油烃污染的修复

虽然土壤对TPH具有一定的自净能力，能通过自身的特殊的物理、化学和生物学的变化来降低TPH污染的负面影响，但是，当TPH超过环境的自净范围时，这种自净能力就远远不能满足基本需求了。经过人类的不断研究，渐渐有了以物理法、化学法和生生物修复法等的一系列人工修复TPH污染的方法。但是在物理、化学、生物等治理方法中,只有利用微生物对石油的降解进行的生物修复处理对环境的副作用是最低的。所以由于生物修复法具有费用低、不产生二次污染等优点，已成为环境污染治理的常用措施[9]。TPH污染的生物修复技术，主要是指利用特定的生物（植物、微生物或原生动物）吸收、转化、清除或降解TPH污染，实现环境净化[10]。由此，生物修复技术正是目前所需的技术。

四、微生物降解TPH的机理

TPH的微生物降解过程，是TPH在水中的溶解度非常小，而且少数TPH还会强烈地附贴在土壤颗粒表面上，不易直接地被微生物所利用，最终限制了微生物对TPH的降解效率。基于表面活性剂对石油烃具有一定的分散效果，所以有人提出用表面活性剂来提高TPH的溶解度。但是，却发现浓度过高的表面活性剂会对菌株的生长繁殖和降解率，同样有明显的抑制效果，其大致原因是:l)表面活性剂与细胞膜里的物质发生相互作用，破坏了细胞膜;2)表面活性剂与酶或其他的蛋白质发生反应影响细胞的基本功能。此外，作为碳源，表面活性剂可能被微生物优先消耗，从而降低微生物的降解率。

五、降解条件对TPH微生物降解的影响

微生物对TPH的降解会受很多因素的影响，主要有营养物质的供给、pH值、温度、微生物的种类和微生物的数量等。

一般情况下，微生物的生长繁殖需要碳、氢、磷和其他各种矿物质元素。外界条件中的氮和磷是限制微生物降解TPH的最主要因素。研究表明，氮、磷营养物质的过量或缺乏都能限制石油烃的降解。它的最好比例和细胞成分中的比例比较相近，质量比约为

5.67:1[11]。单单就降解效果而言，无机氮比有机氮的效果要好，硝酸氮比钱态氮要好。所以，最好用非水溶性的尿酸作为微生物降解石油的氮源。

土壤中污染物氧化分解的最终电子受体的种类与浓度也影响着微生物修复的效果。一般来说，微生物的氧化还原反应会以氧为电子受体，但在缺氧的条件下，也会以硫酸根离子和硝酸根离子作为电子受体。但是，在厌氧条件下TPH的降解率比好氧条件下低很多，这也许与氧化还原电位有关。

同样，pH值对氧化还原电位也能产生极大的影响，从而影响TPH的降解率。但pH

值对TPH降解率的影响是非常复杂的。在相同pH下，TPH的矿化与氧化还原电位会成正比；在不同的pH值下，由于微生物对营养物质的吸收、胞外酶的产生、微生物的吸附作用和分泌效果等都不相同，同时，不同微生物生长的最适宜pH的范围也不一样，这就导致了在不同pH的范围内，微生物在数量上存在明显的差异，例如真菌适合生长的pH值比细菌低，因此在pH<5的酸性土壤中，大多数的真菌数量就比细菌的数量多。