石油污染土壤的微生物修復(fù)原理

1、石油污染土壤的微生物修復(fù)一、降解石油烴類化合物的微生物種類自然界中能夠降解石油烴類污染物的微生物種類有數(shù)百種，70多屬，主要是細(xì)菌、真菌和藻類三大類型的生物。表1石油烴降解微生物種屬細(xì)菌真菌藻類無色桿菌屬枝頂抱屬雙眉藻屬不動(dòng)桿菌屬曲霉屬魚腥藻屬芽孢桿菌屬金色擔(dān)子菌數(shù)小球藻屬色桿菌屬假絲酵母屬衣藻屬諾卡氏菌屬鐮刀霉屬念珠藻屬放線菌屬青霉菌屬紫球藻屬按照分子生物學(xué)和遺傳學(xué)分類，可將降解石油污染物的微生物分為土著微生物和基因工程菌兩大類。二、產(chǎn)生表面活性劑的微生物生物表面活性劑是微生物在一定培養(yǎng)條件下產(chǎn)生的一類集親水基和疏水基于一體、具有表面活性的代謝產(chǎn)物。分類典型產(chǎn)物中性脂類甘油單脂、聚多元醇、其

2、他蠟脂磷脂/脂肪酸磷脂酰乙醇胺糖脂糖酯、糖醇酯、糖苷含氨基酸脂類脂氨基酸、脂多肽、脂蛋白聚合型脂多糖、脂-糖-蛋白復(fù)合物特殊型全胞、膜載體、Fimbriae生物表面活性劑優(yōu)點(diǎn)：1較低的表面張力和界面張力；2無毒或低毒，對(duì)環(huán)境友好；3可生物降解；4極端環(huán)境（溫度、pH、鹽濃度）下具有很好的專一性和選擇性；5不致敏、可消化、可作為化妝品和食品的添加劑；6結(jié)構(gòu)多樣，可用于特殊領(lǐng)域三、微生物降解石油的機(jī)制(b)水相煙相液滴狀石油煙一f微生物吸收疏水性有機(jī)物的機(jī)理圖1微生物吸收疏水性有機(jī)污染物的4種攝取途徑微生物吸收疏水性有機(jī)物的模式有4種：1微生物吸收其附近溶解于水相中的烴類；2細(xì)胞直接與石油烴接觸。

3、這種作用可以通過改變菌毛或細(xì)胞表面的疏水性部分的改造進(jìn)行調(diào)控，提高對(duì)有機(jī)物的吸附；3通過細(xì)胞直接與分散在水相中的石油烴的微米或亞微米液滴接觸來吸收；4強(qiáng)化吸收模式，即由于細(xì)胞產(chǎn)生的表面活性劑或乳化劑使烴的水溶性增強(qiáng)，微生物表面的疏水性更強(qiáng)，使細(xì)胞與烴接觸。絲狀真菌主要通過菌絲的吸收作用攝取石油烴。微生物細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)烴機(jī)理微生物對(duì)有機(jī)化合物的降解作用是由細(xì)胞酶引起，整個(gè)過程可分為3個(gè)步驟。首先化合物在微生物細(xì)胞膜表面吸附（動(dòng)態(tài)平衡過程）；其次吸附在細(xì)胞膜表面的化合物進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)；最后化合物進(jìn)入細(xì)胞膜內(nèi)與降解酶結(jié)合發(fā)生酶促反應(yīng)（快速過程）。參與第1個(gè)步驟還有表面活性劑。石油進(jìn)入細(xì)胞方式：非特異性接觸，

4、被動(dòng)運(yùn)輸方式。微生物降解石油的機(jī)制石油類物質(zhì)+微生物+O+營養(yǎng)物質(zhì)fCO+HO+副產(chǎn)物+微生物細(xì)胞生物量微生物利用石油烴類作為碳源和能源，經(jīng)過一系列氧化、還原、分解、合成等生化作用，將石油污染物最終礦化為無害的無機(jī)物的過程。途徑：烷烴f醇f醛f脂肪酸fB氧化乙酸鹽fCO+HO+生物量22四、典型石油烴的降解途徑鏈烴的降解鏈烴的最初降解作用有4種氧化方式：但末端氧化、雙末端氧化、次末端氧化、支鏈脫氫。1）直鏈烷烴的降解PiflfifWKIfaMXHciHctiMjoM求杲某比+wtFICHJmi!iXH1C.H.CftCHdCFfcMWMKH,CHjClizrL/uCHjCHnCOOHCO-SC

5、dACOOfICOSC：oACQ1圖1直鏈烷烴的降解圖2烷烴的厭氧氧化脂肪酸通過P氧化降解成乙酰輔酶A,進(jìn)入三羧酸循環(huán)，分解成CO2和H20,并釋放能量，或進(jìn)入其他生化過程。小于C10的短鏈烷烴具有較強(qiáng)的溶解性、毒性、揮發(fā)性，污染環(huán)境中很少發(fā)現(xiàn)，除甲烷外需要共代謝進(jìn)行降解；C10C24的中長鏈烷烴在好氧條件下最易被微生物降解（土壤中高達(dá)20%的微生物群體能夠降解烴類）；長鏈烷烴不易降解。2）支鏈烷烴的降解通常直鏈烷烴比相應(yīng)碳數(shù)的支鏈烷烴難以降解，只有很少的微生物可以利用這些烷基分支的化合物作為唯一碳源和能源。支鏈脂肪酸代謝途徑：3氧化和P氧化。微生物對(duì)支鏈烷烴的降解機(jī)制與直鏈烷烴大致相同。相對(duì)

6、于正構(gòu)烷烴，支鏈烷烴中支鏈的存在會(huì)增加微生物氧化降解的阻力，但主要氧化分解的部位是在直鏈上發(fā)生，且靠近側(cè)鏈的一端難被氧化。3）環(huán)烷烴降解環(huán)烷烴的降解與和鏈烴的亞末端氧化降解途徑相似?；旌瞎δ苎趸福u化酶）氧化產(chǎn)生環(huán)烷醇，然后脫氫得醇，然后脫氫得酮，進(jìn)一步氧化得內(nèi)酯，或直接開環(huán)，生成脂肪酸。0HO月輒化d代記酸-2Fi環(huán)己燒吒L+HHQ6-蠹堆己盤畑U環(huán)CIS圖3環(huán)己烷降解反應(yīng)芳香烴的降解細(xì)菌和真菌都能氧化芳烴，但氧化機(jī)制不同。細(xì)菌通過氧化物酶將氧分子的兩個(gè)氧原子結(jié)合近芳香烴中形成順式構(gòu)型的二氫二醇，后者在另一種過氧化物酶的催化下，芳香烴破裂成鄰苯二酚。真菌通過催化單氧化酶和環(huán)氧化物水解酶使芳

7、香烴轉(zhuǎn)化為反式構(gòu)型的二氫二醇。1）單環(huán)芳烴的降解応用刖筆!ftCOOHCWH鼻：K杜己二蠱琥珀醉桑顆-樂一，氫-轉(zhuǎn)I,兒蔬酚COQH*丄、A-乙醛丙圈醸hJ丄舁基-2-KJl圖4苯的兩種生物降解途徑2）多環(huán)芳烴的降解多環(huán)芳烴的生物降解途徑：第一個(gè)環(huán)經(jīng)羥基化開環(huán)后進(jìn)一步降解為酮酸和CO2,然后第二個(gè)環(huán)以同樣的方式分解。圖5萘的降解途徑CCKJHCOOH圖6菲的降解途徑石油烴的厭氧代謝降解過程及機(jī)制石油烴的降解在好氧環(huán)境和厭氧環(huán)境均能進(jìn)行，在厭氧條件下烴類的降解速率有所下降，而且降解的種類也有所減少。石油烴的厭氧降解依賴延胡索酸生成芳基琥珀酸及烷基琥珀酸的過程（下圖）之后方劑琥珀酸或烷基琥珀酸的降解依據(jù)底物不同而遵從不同的途徑。五、微生物修復(fù)影響因素石油組分微生物可降解所有微生物組分，生物降解難以程度為支鏈烷烴直鏈烷烴單環(huán)烷烴多環(huán)芳烴雜環(huán)芳烴。氧氣石油的好養(yǎng)微生物降解過程需要大量的電子