環(huán)境生物技術(shù) 海洋石油污染 生物防治

1、班級：生物工程班級：生物工程111學(xué)號：學(xué)號：1101040112姓名：劉姓名：劉 統(tǒng)統(tǒng) 稱稱 海洋占了地球表面積的海洋占了地球表面積的71%,在人類社會發(fā)展在人類社會發(fā)展史中占有非常重要的位置史中占有非常重要的位置,為人們提供了豐富的生為人們提供了豐富的生產(chǎn)資源、生活資源、空間資源。而如今產(chǎn)資源、生活資源、空間資源。而如今,隨著人類隨著人類開發(fā)地球資源的加劇開發(fā)地球資源的加劇,海洋也受到了嚴(yán)重的污染。海洋也受到了嚴(yán)重的污染。在眾多的污染中在眾多的污染中,石油污染表現(xiàn)得尤為突出石油污染表現(xiàn)得尤為突出。 隨著工業(yè)的發(fā)展，大量的廢油排入海洋，隨著工業(yè)的發(fā)展，大量的廢油排入海洋，形成一層薄薄的油膜散

2、布在海洋上。這層形成一層薄薄的油膜散布在海洋上。這層油膜能抑制海面的蒸發(fā)，阻礙潛熱的釋放，油膜能抑制海面的蒸發(fā)，阻礙潛熱的釋放，引起海水溫度和海面氣溫的升高，加劇氣引起海水溫度和海面氣溫的升高，加劇氣溫的日、年變化。同時，由于蒸發(fā)作用減溫的日、年變化。同時，由于蒸發(fā)作用減弱，海面上的空氣變得干燥，減弱了海洋弱，海面上的空氣變得干燥，減弱了海洋對氣候的調(diào)節(jié)作用，使海面上出現(xiàn)類似于對氣候的調(diào)節(jié)作用，使海面上出現(xiàn)類似于沙漠的氣候。因而，有人將這種影響稱為沙漠的氣候。因而，有人將這種影響稱為“海洋沙漠化效應(yīng)海洋沙漠化效應(yīng)”。 石油是海洋環(huán)境的主要污染物石油是海洋環(huán)境的主要污染物,已經(jīng)對海洋已經(jīng)對海洋及

3、近岸環(huán)境造成了嚴(yán)重的危害。如何更高及近岸環(huán)境造成了嚴(yán)重的危害。如何更高效的解決海洋石油污染是當(dāng)前時代面臨的效的解決海洋石油污染是當(dāng)前時代面臨的問題。問題。 隨著生物技術(shù)研究的進(jìn)展和人們對環(huán)境問隨著生物技術(shù)研究的進(jìn)展和人們對環(huán)境問題認(rèn)識深入，人們已經(jīng)越來越意識到現(xiàn)代題認(rèn)識深入，人們已經(jīng)越來越意識到現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展為從根本上解決環(huán)境問題生物技術(shù)的發(fā)展為從根本上解決環(huán)境問題提供無限的希望。提供無限的希望。 環(huán)境生物技術(shù)環(huán)境生物技術(shù)（Environmental Biotechnology）是指直接或間接利用生物或生物體的某些組成部分是指直接或間接利用生物或生物體的某些組成部分或某些功能，建立降低或消

4、除污染物的生產(chǎn)工藝或或某些功能，建立降低或消除污染物的生產(chǎn)工藝或能夠高效凈化環(huán)境污染，同時又能生產(chǎn)有用物質(zhì)的能夠高效凈化環(huán)境污染，同時又能生產(chǎn)有用物質(zhì)的工程技術(shù)。科技的發(fā)展充分證明了環(huán)境生物技術(shù)在工程技術(shù)。科技的發(fā)展充分證明了環(huán)境生物技術(shù)在解決環(huán)境問題過程中所顯示出的獨(dú)特功能和優(yōu)越性，解決環(huán)境問題過程中所顯示出的獨(dú)特功能和優(yōu)越性，它的純生態(tài)過程，體現(xiàn)出了可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略思想，它的純生態(tài)過程，體現(xiàn)出了可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略思想，它具有它具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反應(yīng)條速度快、消耗低、效率高、成本低、反應(yīng)條件溫和件溫和以及以及無無二次污染二次污染等顯著優(yōu)點(diǎn)。等顯著優(yōu)點(diǎn)。主要內(nèi)容主要內(nèi)容 海洋石

5、油污染概況海洋石油污染概況 海洋石油污染的治理方法海洋石油污染的治理方法 海洋石油污染的生物修復(fù)海洋石油污染的生物修復(fù) 未來展望未來展望海洋石油污染概況 全世界每年約有全世界每年約有1.0 1.0 10101010 kg kg 的石油進(jìn)入海的石油進(jìn)入海洋環(huán)境中。洋環(huán)境中。我國每年排入海洋的石我國每年排入海洋的石油達(dá)油達(dá)1.8 1.8 10 108 8kgkg。 海洋石油運(yùn)輸海洋石油運(yùn)輸 海洋石油開發(fā)海洋石油開發(fā) 海岸排油海岸排油海洋石油污染來源 大氣石油烴沉降大氣石油烴沉降污染現(xiàn)狀總的來說，海洋石油污染呈總的來說，海洋石油污染呈增長的趨勢增長的趨勢, , 某些海灣由于某些海灣由于石油污染而導(dǎo)致

6、的環(huán)境惡化、石油污染而導(dǎo)致的環(huán)境惡化、生物絕跡現(xiàn)象越來越嚴(yán)重生物絕跡現(xiàn)象越來越嚴(yán)重。u 對環(huán)境的污染對環(huán)境的污染 海面的油膜阻礙大氣與海水的物質(zhì)交換；海面的油膜阻礙大氣與海水的物質(zhì)交換； 極地海域冰面上的油膜，能增加對太陽能的吸收而加速冰層的融極地海域冰面上的油膜，能增加對太陽能的吸收而加速冰層的融化，使海平面上升，并影響全球氣候；化，使海平面上升，并影響全球氣候； 海面及海水中的石油烴能溶解部分鹵化烴等污染物，降低界面間海面及海水中的石油烴能溶解部分鹵化烴等污染物，降低界面間的物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化率；的物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化率； 破壞海濱風(fēng)景區(qū)和海濱浴場。破壞海濱風(fēng)景區(qū)和海濱浴場。u 對海洋生物的危害對海洋生

7、物的危害 限制海洋植物的光合作用；限制海洋植物的光合作用； 污染海獸的皮毛和海鳥的羽毛，使它們喪失保溫、游泳或飛行的污染海獸的皮毛和海鳥的羽毛，使它們喪失保溫、游泳或飛行的能力；能力； 干擾海洋生物的攝食、繁殖、生長、行為和生物的趨化性等能力；干擾海洋生物的攝食、繁殖、生長、行為和生物的趨化性等能力； 改變海洋生物群落的種類組成；改變海洋生物群落的種類組成； 毒害海洋生物。毒害海洋生物。u 對人類的影響對人類的影響 石油污染對人類的危害主要通過食物鏈作用。石油污染對人類的危害主要通過食物鏈作用。海洋石油污染的危害海洋石油污染的危害海洋石油的自凈化海洋石油的自凈化 蒸發(fā)：蒸發(fā)： 一般沸點(diǎn)低于一般

8、沸點(diǎn)低于37度的分餾物在幾天內(nèi)度的分餾物在幾天內(nèi) 全部蒸發(fā)掉全部蒸發(fā)掉 溶解：溶解：低碳的烴和芳烴相對易溶解低碳的烴和芳烴相對易溶解 乳化：乳化：由于海面水動力因素使油與水激烈混合，由于海面水動力因素使油與水激烈混合，產(chǎn)生乳化，油膜較薄時發(fā)生產(chǎn)生乳化，油膜較薄時發(fā)生 吸附沉淀：吸附沉淀：大氣顆粒和海水顆粒吸收部分烴類大氣顆粒和海水顆粒吸收部分烴類 光氧化：光氧化：某些成分與氧分子結(jié)合，形成新的含某些成分與氧分子結(jié)合，形成新的含氧物質(zhì)，其速度與溢油品種、光強(qiáng)、海水溫度氧物質(zhì)，其速度與溢油品種、光強(qiáng)、海水溫度不同而異不同而異 生物降解：生物降解：海洋微生物對石油的降解，海洋生海洋微生物對石油的降解

9、，海洋生物對石油烴的攝取作用物對石油烴的攝取作用海洋石油污染的治理方法海洋石油污染的治理方法l物理處理法物理處理法:如使用清污船及附屬回收裝置、如使用清污船及附屬回收裝置、圍油欄、吸油材料及磁性分離、圍油欄、吸油材料及磁性分離、海岸帶用海岸帶用高壓水槍清洗等高壓水槍清洗等l化學(xué)處理法化學(xué)處理法:如燃燒、使用化學(xué)處理劑如燃燒、使用化學(xué)處理劑(如乳如乳化分散劑、凝油劑、集油劑、沉降劑化分散劑、凝油劑、集油劑、沉降劑)等等l生物處理法生物處理法:人工選擇、培育人工選擇、培育,甚至改良這些甚至改良這些噬油微生物噬油微生物,然后將其投放到受污海域然后將其投放到受污海域,進(jìn)行進(jìn)行人工石油烴類生物降解人工石

10、油烴類生物降解l生物降解法的優(yōu)點(diǎn)在于迅速、無殘毒、低生物降解法的優(yōu)點(diǎn)在于迅速、無殘毒、低成本成本,是目前研究的重點(diǎn)。微生物降解石油是目前研究的重點(diǎn)。微生物降解石油烴的速率主要與微生物的種類和數(shù)量及其烴的速率主要與微生物的種類和數(shù)量及其介質(zhì)的溫度有關(guān)介質(zhì)的溫度有關(guān),還與石油組分的性質(zhì)和分還與石油組分的性質(zhì)和分散的程度有關(guān)散的程度有關(guān),分散程度大分散程度大,降解的速率也大。降解的速率也大。 石油是鏈烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴以及少量非烴化合物的石油是鏈烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴以及少量非烴化合物的復(fù)雜混合物。土壤和水體環(huán)境中存在大量能夠降解石油復(fù)雜混合物。土壤和水體環(huán)境中存在大量能夠降解石油烴的微生物，主要是

11、細(xì)菌和真菌；細(xì)菌在海洋生態(tài)系統(tǒng)烴的微生物，主要是細(xì)菌和真菌；細(xì)菌在海洋生態(tài)系統(tǒng)的石油烴降解中占有主導(dǎo)地位，而真菌則是淡水和陸地的石油烴降解中占有主導(dǎo)地位，而真菌則是淡水和陸地生態(tài)系統(tǒng)中更為重要的修復(fù)因子生態(tài)系統(tǒng)中更為重要的修復(fù)因子。 微生物對石油的降解機(jī)理A鏈烷烴的降解鏈烷烴的降解 + O2R-CH2- CH2-CH3 R- CH2-CH2-COOH 氧化氧化 CO2 + H2O CH2-COOH + R-COOH直鏈烷烴首先被氧化成醇，醇在脫氫酶的作用下被氧化為相應(yīng)直鏈烷烴首先被氧化成醇，醇在脫氫酶的作用下被氧化為相應(yīng)的醛，通過醛脫氫酶的作用氧化成脂肪酸。轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的脂肪的醛，通過醛脫氫酶的

12、作用氧化成脂肪酸。轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的脂肪酸后，隨后的酸后，隨后的一氧化序列，即形成羧基并脫落一氧化序列，即形成羧基并脫落2 2個碳原子，個碳原子，分解產(chǎn)物可以進(jìn)入三羧酸循環(huán)并釋放能量，或進(jìn)入其他生化過分解產(chǎn)物可以進(jìn)入三羧酸循環(huán)并釋放能量，或進(jìn)入其他生化過程。程。 B B無支鏈環(huán)烷烴的降解無支鏈環(huán)烷烴的降解 以環(huán)己烷為例以環(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，環(huán)己酮氧化開鏈而不能氧化環(huán)己烷，兩類以上微生物的兩類以上微生物的下將污染物下將污染物 徹底降解徹底降解共代謝共代謝。C芳香烴 芳香烴

13、普遍具有生物毒性，但在低濃度范圍內(nèi)它們可芳香烴普遍具有生物毒性，但在低濃度范圍內(nèi)它們可以不同程度的被微生物分解。以不同程度的被微生物分解。已知降解不同芳香烴的細(xì)菌類別已知降解不同芳香烴的細(xì)菌類別 苯的代謝苯的降解首先經(jīng)苯雙加氧酶的作用，形成苯的降解首先經(jīng)苯雙加氧酶的作用，形成順苯二氫二醇順苯二氫二醇，再經(jīng)順苯二醇，再經(jīng)順苯二醇雙加氧酶的作用，形成代謝中間體雙加氧酶的作用，形成代謝中間體鄰苯二酚鄰苯二酚。鄰苯二酚的代謝可分為鄰。鄰苯二酚的代謝可分為鄰位切割與間位切割兩種途徑，進(jìn)而分解進(jìn)入三羧酸循環(huán)。位切割與間位切割兩種途徑，進(jìn)而分解進(jìn)入三羧酸循環(huán)。l 細(xì)菌和真菌降解的關(guān)鍵步驟是第被氧化酶氧化的細(xì)

14、菌和真菌降解的關(guān)鍵步驟是第被氧化酶氧化的過程，此過程需要氧分子的參與，代謝產(chǎn)生的物過程，此過程需要氧分子的參與，代謝產(chǎn)生的物質(zhì)一方面可以被微生物利用合成細(xì)胞質(zhì)一方面可以被微生物利用合成細(xì)胞成分成分,一方一方面也可以氧化成面也可以氧化成CO2和和H2O。 研究表明，當(dāng)菌群處于石研究表明，當(dāng)菌群處于石油污染環(huán)境中時，利用烴油污染環(huán)境中時，利用烴類化合物的微生物數(shù)量急類化合物的微生物數(shù)量急劇增長，尤其是含降解質(zhì)劇增長，尤其是含降解質(zhì)粒的為微生物。正常環(huán)境粒的為微生物。正常環(huán)境下降解菌一般只占微生物下降解菌一般只占微生物群落的群落的1，當(dāng)環(huán)境受到，當(dāng)環(huán)境受到石油污染時，降解菌比例石油污染時，降解菌比例

15、提高到提高到10。含質(zhì)粒細(xì)菌。含質(zhì)粒細(xì)菌在石油烴污染環(huán)境中出現(xiàn)在石油烴污染環(huán)境中出現(xiàn)的頻率和數(shù)量比非污染環(huán)的頻率和數(shù)量比非污染環(huán)境高。境高。 說明質(zhì)粒在石油烴降解中說明質(zhì)粒在石油烴降解中可能起到重要作用。降解可能起到重要作用。降解質(zhì)粒的存在為降解工程菌質(zhì)粒的存在為降解工程菌的構(gòu)建提供了可能。的構(gòu)建提供了可能。電鏡下的質(zhì)粒u 研究人員發(fā)現(xiàn)海洋中的假單胞菌有研究人員發(fā)現(xiàn)海洋中的假單胞菌有8 種降解石油的質(zhì)粒：美國通用電氣種降解石油的質(zhì)粒：美國通用電氣公司通過重組公司通過重組DNA 技術(shù)構(gòu)建同時含有技術(shù)構(gòu)建同時含有4 種質(zhì)粒的種質(zhì)粒的“超級菌超級菌”，降解石油烴類，降解石油烴類的能力比野生菌高幾十倍

16、到幾百倍，的能力比野生菌高幾十倍到幾百倍，降解同樣面積海上石油，野生菌需要降解同樣面積海上石油，野生菌需要1 年以上，而年以上，而“超級菌超級菌”只需幾小時。只需幾小時。海洋石油污染的生物修復(fù)海洋石油污染的生物修復(fù) 自自20世紀(jì)世紀(jì)90年代以來，由于生物修復(fù)技術(shù)的發(fā)年代以來，由于生物修復(fù)技術(shù)的發(fā)展和研究成果所展示的生物技術(shù)生命力，使生展和研究成果所展示的生物技術(shù)生命力，使生物技術(shù)在石油污染治理方面逐漸成為核心技術(shù)，物技術(shù)在石油污染治理方面逐漸成為核心技術(shù)，成為當(dāng)今石油污染去除的主要途徑。成為當(dāng)今石油污染去除的主要途徑。 生物修復(fù)：生物修復(fù)：是指生物催化降解環(huán)境污染物，是指生物催化降解環(huán)境污染物

17、，減少或最終消除環(huán)境污染的受控或自發(fā)過程。減少或最終消除環(huán)境污染的受控或自發(fā)過程。在生物降解基礎(chǔ)上研究發(fā)展的生物修復(fù)在提高在生物降解基礎(chǔ)上研究發(fā)展的生物修復(fù)在提高石油降解速率，最終將石油轉(zhuǎn)化為無毒性的終石油降解速率，最終將石油轉(zhuǎn)化為無毒性的終產(chǎn)物。產(chǎn)物。石油污染的生物修復(fù)技術(shù)石油污染的生物修復(fù)技術(shù)環(huán)境環(huán)境強(qiáng)化強(qiáng)化加入高效加入高效降解菌株降解菌株接種石油接種石油降解菌降解菌生物表面生物表面活性劑活性劑氮、磷營氮、磷營養(yǎng)鹽添加養(yǎng)鹽添加p 具體方法 1.接種石油降解菌接種石油降解菌 通過生物改良的超級細(xì)菌能夠高效的去除石通過生物改良的超級細(xì)菌能夠高效的去除石油污染物，被認(rèn)為是一種很有發(fā)展前途的海油污

18、染物，被認(rèn)為是一種很有發(fā)展前途的海洋修復(fù)技術(shù)。國外有幾項(xiàng)成功的案例如洋修復(fù)技術(shù)。國外有幾項(xiàng)成功的案例如Swannell等使用等使用AlpaBiosea TM菌劑，菌劑，Tsutsumi等使用等使用Terra Tyme TM制劑達(dá)到較好制劑達(dá)到較好的修復(fù)效果。的修復(fù)效果。試驗(yàn)已表明基因工程菌可以迅速利用石試驗(yàn)已表明基因工程菌可以迅速利用石 油，油，但是土著微生物常常會影響接種微生物的活但是土著微生物常常會影響接種微生物的活動。也會引起相應(yīng)的生態(tài)和社會問題，目前動。也會引起相應(yīng)的生態(tài)和社會問題，目前對是否投入高效微生物存在爭議。對是否投入高效微生物存在爭議。2. 環(huán)境強(qiáng)化修復(fù)環(huán)境強(qiáng)化修復(fù) 目前海洋

19、石油污染的生物修復(fù)主要是通目前海洋石油污染的生物修復(fù)主要是通過改變環(huán)境因素，如加入營養(yǎng)鹽過改變環(huán)境因素，如加入營養(yǎng)鹽(如肥料如肥料)或改善污染環(huán)境遇氣狀況，以提高微生物或改善污染環(huán)境遇氣狀況，以提高微生物的代謝能力，降解污染物。的代謝能力，降解污染物?？梢栽黾佑团c海水中微生物的接觸面積，增可以增加油與海水中微生物的接觸面積，增加細(xì)菌對石油的利用性加細(xì)菌對石油的利用性，已有有許多商品制已有有許多商品制劑可供使用劑可供使用.但一些表面活性劑其毒性和持久性會造成二但一些表面活性劑其毒性和持久性會造成二次污染，因此，在實(shí)際應(yīng)用中常利用微生物次污染，因此，在實(shí)際應(yīng)用中常利用微生物產(chǎn)生的產(chǎn)生的生物表面活性

20、劑生物表面活性劑來加速石油的降解。來加速石油的降解。生物表面活性劑：是指細(xì)菌、真菌和酵母在生物表面活性劑：是指細(xì)菌、真菌和酵母在某一特定條件下在其生長過程中分泌出的具某一特定條件下在其生長過程中分泌出的具有表面活性的代謝物。能將烴類物質(zhì)乳化，有表面活性的代謝物。能將烴類物質(zhì)乳化，進(jìn)而促進(jìn)其降解。如高分子生物表面活性劑進(jìn)而促進(jìn)其降解。如高分子生物表面活性劑（EMG）能使稠油乳化在水中，可應(yīng)用于重）能使稠油乳化在水中，可應(yīng)用于重油運(yùn)輸和去除石油污染。油運(yùn)輸和去除石油污染。緩釋緩釋肥料肥料要求有適合的釋放速度，通過海潮可以將營養(yǎng)要求有適合的釋放速度，通過海潮可以將營養(yǎng)物質(zhì)緩慢的釋放出來，為石油降解菌

21、的生長繁物質(zhì)緩慢的釋放出來，為石油降解菌的生長繁殖持續(xù)補(bǔ)充營養(yǎng)鹽，提高石油降解速率。殖持續(xù)補(bǔ)充營養(yǎng)鹽，提高石油降解速率。親油親油肥料肥料水溶性水溶性肥料肥料親油肥料可使?fàn)I養(yǎng)鹽親油肥料可使?fàn)I養(yǎng)鹽“溶解溶解”到油中。在油到油中。在油相中螯合的營養(yǎng)鹽可以促進(jìn)細(xì)菌在表面的生相中螯合的營養(yǎng)鹽可以促進(jìn)細(xì)菌在表面的生長。長。一些含氮、磷的水溶性鹽，如硝酸銨，三聚一些含氮、磷的水溶性鹽，如硝酸銨，三聚磷酸鹽等和海水混合溶解，可解決下層水體磷酸鹽等和海水混合溶解，可解決下層水體污染物的降解。污染物的降解。 使用氮、磷營養(yǎng)鹽使用氮、磷營養(yǎng)鹽 投入氮、磷營養(yǎng)鹽是最簡單有效的方法。在海洋出現(xiàn)溢油后，石油投入氮、磷營養(yǎng)

22、鹽是最簡單有效的方法。在海洋出現(xiàn)溢油后，石油降解菌會大量繁殖，碳源充足，限制降解的是氧和營養(yǎng)鹽的供應(yīng)降解菌會大量繁殖，碳源充足，限制降解的是氧和營養(yǎng)鹽的供應(yīng)。1989年，美國環(huán)保局在阿拉斯加年，美國環(huán)保局在阿拉斯加Exxon Valdez 石油泄石油泄漏事故中，利用生物修復(fù)技術(shù)成功治理環(huán)境污染。從漏事故中，利用生物修復(fù)技術(shù)成功治理環(huán)境污染。從污染海灘分離的細(xì)菌菌株與不受污染的分離菌株相比，污染海灘分離的細(xì)菌菌株與不受污染的分離菌株相比，前者具有特殊的降解能力；同時，對現(xiàn)場的環(huán)境因子前者具有特殊的降解能力；同時，對現(xiàn)場的環(huán)境因子進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)由于營養(yǎng)鹽缺乏，微生物降解能力受進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)由于營養(yǎng)鹽缺乏，微生物降解能力受到限制，外加如親油肥料，一段時間后，與沒有加入到限制，外加如親油肥料，一段時間后，與沒有加入營養(yǎng)鹽的對照相比，前者污染物的降解速率加快了。營養(yǎng)