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环境生物技术 海洋石油污染 生物防治

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环境 生物技术 海洋 石油 污染 生物防治
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海洋石油污染及其生物修复,班级:生物工程111学号:1101040112姓名:刘 统 称,前言,海洋占了地球表面积的71%,在人类社会发展史中占有非常重要的位置,为人们提供了丰富的生产资源、生活资源、空间资源。而如今,随着人类开发地球资源的加剧,海洋也受到了严重的污染。在众多的污染中,石油污染表现得尤为突出。,如今的海洋石油污染到底怎么样呢?通过一些图片来了解一下。,青岛中石化输油管道爆炸致胶州湾海面被污染,海洋沙漠化,随着工业的发展,大量的废油排入海洋,形成一层薄薄的油膜散布在海洋上。这层油膜能抑制海面的蒸发,阻碍潜热的释放,引起海水温度和海面气温的升高,加剧气温的日、年变化。同时,由于蒸发作用减弱,海面上的空气变得干燥,减弱了海洋对气候的调节作用,使海面上出现类似于沙漠的气候。因而,有人将这种影响称为“海洋沙漠化效应”。,石油是海洋环境的主要污染物,已经对海洋及近岸环境造成了严重的危害。如何更高效的解决海洋石油污染是当前时代面临的问题。随着生物技术研究的进展和人们对环境问题认识深入,人们已经越来越意识到现代生物技术的发展为从根本上解决环境问题提供无限的希望。,环境生物技术(Environmental Biotechnology)是指直接或间接利用生物或生物体的某些组成部分或某些功能,建立降低或消除污染物的生产工艺或能够高效净化环境污染,同时又能生产有用物质的工程技术。科技的发展充分证明了环境生物技术在解决环境问题过程中所显示出的独特功能和优越性,它的纯生态过程,体现出了可持续发展的战略思想,它具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反应条件温和以及无二次污染等显著优点。,主要内容,海洋石油污染概况 海洋石油污染的治理方法 海洋石油污染的生物修复 未来展望,海洋石油污染概况,,,,,,,,,全世界每年约有1.0 × 1010 kg 的石油进入海洋环境中。,我国每年排入海洋的石油达1.8 × 108kg。,,,,海洋石油运输,海洋石油开发,海岸排油,海洋石油污染来源,大气石油烃沉降,污染现状,总的来说,海洋石油污染呈增长的趋势, 某些海湾由于石油污染而导致的环境恶化、生物绝迹现象越来越严重。,近年来世界的海洋石油泄漏频频发生,给海洋带来了许多的污染,对环境的污染 海面的油膜阻碍大气与海水的物质交换; 极地海域冰面上的油膜,能增加对太阳能的吸收而加速冰层的融化,使海平面上升,并影响全球气候; 海面及海水中的石油烃能溶解部分卤化烃等污染物,降低界面间的物质迁移转化率; 破坏海滨风景区和海滨浴场。 对海洋生物的危害 限制海洋植物的光合作用; 污染海兽的皮毛和海鸟的羽毛,使它们丧失保温、游泳或飞行的能力; 干扰海洋生物的摄食、繁殖、生长、行为和生物的趋化性等能力; 改变海洋生物群落的种类组成; 毒害海洋生物。 对人类的影响 石油污染对人类的危害主要通过食物链作用。,海洋石油污染的危害,,海洋石油的自净化,蒸发: 一般沸点低于37度的分馏物在几天内 全部蒸发掉溶解:低碳的烃和芳烃相对易溶解乳化:由于海面水动力因素使油与水激烈混合,产生乳化,油膜较薄时发生吸附沉淀:大气颗粒和海水颗粒吸收部分烃类光氧化:某些成分与氧分子结合,形成新的含氧物质,其速度与溢油品种、光强、海水温度不同而异生物降解:海洋微生物对石油的降解,海洋生物对石油烃的摄取作用,海洋石油污染的治理方法,物理处理法:如使用清污船及附属回收装置、围油栏、吸油材料及磁性分离、海岸带用高压水枪清洗等化学处理法:如燃烧、使用化学处理剂(如乳化分散剂、凝油剂、集油剂、沉降剂)等生物处理法:人工选择、培育,甚至改良这些噬油微生物,然后将其投放到受污海域,进行人工石油烃类生物降解,生物降解法的优点在于迅速、无残毒、低成本,是目前研究的重点。微生物降解石油烃的速率主要与微生物的种类和数量及其介质的温度有关,还与石油组分的性质和分散的程度有关,分散程度大,降解的速率也大。,石油是链烷烃、环烷烃、芳香烃以及少量非烃化合物的复杂混合物。土壤和水体环境中存在大量能够降解石油烃的微生物,主要是细菌和真菌;细菌在海洋生态系统的石油烃降解中占有主导地位,而真菌则是淡水和陆地生态系统中更为重要的修复因子。,微生物对石油的降解机理,A.链烷烃的降解 + O2R-CH2- CH2-CH3 R- CH2-CH2-COOH β氧化 CO2 + H2O CH2-COOH + R-COOH,,,,直链烷烃首先被氧化成醇,醇在脱氢酶的作用下被氧化为相应的醛,通过醛脱氢酶的作用氧化成脂肪酸。转化为相应的脂肪酸后,随后的β一氧化序列,即形成羧基并脱落2个碳原子,分解产物可以进入三羧酸循环并释放能量,或进入其他生化过程。,B.无支链环烷烃的降解 以环己烷为例,通常一些微生物只能将环烷变为环己酮,另一些微生物只能将环己酮氧化开链而不能氧化环己烷,两类以上微生物的协同作用下将污染物 彻底降解——共代谢。,C.芳香烃,芳香烃普遍具有生物毒性,但在低浓度范围内它们可以不同程度的被微生物分解。,已知降解不同芳香烃的细菌类别,苯的代谢,苯的降解首先经苯双加氧酶的作用,形成顺苯二氢二醇,再经顺苯二醇双加氧酶的作用,形成代谢中间体邻苯二酚。邻苯二酚的代谢可分为邻位切割与间位切割两种途径,进而分解进入三羧酸循环。,细菌和真菌降解的关键步骤是第被氧化酶氧化的过程,此过程需要氧分子的参与,代谢产生的物质一方面可以被微生物利用合成细胞成分,一方面也可以氧化成CO2和H2O。,研究表明,当菌群处于石油污染环境中时,利用烃类化合物的微生物数量急剧增长,尤其是含降解质粒的为微生物。正常环境下降解菌一般只占微生物群落的1%,当环境受到石油污染时,降解菌比例提高到10%。含质粒细菌在石油烃污染环境中出现的频率和数量比非污染环境高。说明质粒在石油烃降解中可能起到重要作用。降解质粒的存在为降解工程菌的构建提供了可能。,电镜下的质粒,研究人员发现海洋中的假单胞菌有8 种降解石油的质粒:美国通用电气公司通过重组DNA 技术构建同时含有4 种质粒的“超级菌”,降解石油烃类的能力比野生菌高几十倍到几百倍,降解同样面积海上石油,野生菌需要1 年以上,而“超级菌”只需几小时。,海洋石油污染的生物修复,自20世纪90年代以来,由于生物修复技术的发展和研究成果所展示的生物技术生命力,使生物技术在石油污染治理方面逐渐成为核心技术,成为当今石油污染去除的主要途径。生物修复:是指生物催化降解环境污染物,减少或最终消除环境污染的受控或自发过程。在生物降解基础上研究发展的生物修复在提高石油降解速率,最终将石油转化为无毒性的终产物。,,,,微生物修复技术,石油污染的生物修复技术,环境强化,加入高效降解菌株,接种石油降解菌,生物表面活性剂,氮、磷营养盐添加,具体方法 接种石油降解菌 通过生物改良的超级细菌能够高效的去除石油污染物,被认为是一种很有发展前途的海洋修复技术。国外有几项成功的案例如Swannell等使用AlpaBiosea TM菌剂,Tsutsumi等使用Terra Tyme TM制剂达到较好的修复效果。试验已表明基因工程菌可以迅速利用石 油,但是土著微生物常常会影响接种微生物的活动。也会引起相应的生态和社会问题,目前对是否投入高效微生物存在争议。,环境强化修复 目前.海洋石油污染的生物修复主要是通过改变环境因素,如加入营养盐(如肥料)或改善污染环境遇气状况,以提高微生物的代谢能力,降解污染物。,投加表面活性剂可以增加油与海水中微生物的接触面积,增加细菌对石油的利用性,已有有许多商品制剂可供使用.但一些表面活性剂其毒性和持久性会造成二次污染,因此,在实际应用中常利用微生物产生的生物表面活性剂来加速石油的降解。生物表面活性剂:是指细菌、真菌和酵母在某一特定条件下在其生长过程中分泌出的具有表面活性的代谢物。能将烃类物质乳化,进而促进其降解。如高分子生物表面活性剂(EMG)能使稠油乳化在水中,可应用于重油运输和去除石油污染。,,,,,缓释肥料,要求有适合的释放速度,通过海潮可以将营养物质缓慢的释放出来,为石油降解菌的生长繁殖持续补充营养盐,提高石油降解速率。,亲油肥料,水溶性肥料,亲油肥料可使营养盐“溶解”到油中。在油相中螯合的营养盐可以促进细菌在表面的生长。,一些含氮、磷的水溶性盐,如硝酸铵,三聚磷酸盐等和海水混合溶解,可解决下层水体污染物的降解。,使用氮、磷营养盐 投入氮、磷营养盐是最简单有效的方法。在海洋出现溢油后,石油降解菌会大量繁殖,碳源充足,限制降解的是氧和营养盐的供应。,,1989年,美国环保局在阿拉斯加Exxon Valdez 石油泄漏事故中,利用生物修复技术成功治理环境污染。从污染海滩分离的细菌菌株与不受污染的分离菌株相比,前者具有特殊的降解能力;同时,对现场的环境因子进行分析,发现由于营养盐缺乏,微生物降解能力受到限制,外加如亲油肥料,一段时间后,与没有加入营养盐的对照相比,前者污染物的降解速率加快了。毒性试验也表明,修复后的环境并没有发生负效应,沿岸海域也没有出现富营养化现象。,未来展望,当前,生物修复法治理地表石油被认为是最经济、最彻底、最有效的恢复手段。虽然石油烃的厌氧降解速率比好氧降解速率要慢,但是在厌氧状态下,烷烃和多环芳烃均发生了彻底降解,此外在好氧条件下通常较难降解的姥鲛烷和植烷也发生了降解。另外,还有人分离出了在缺氧条件下能降解简单芳香烃和脂肪烃的反硝化菌及硫、铁、锰的还原菌。因此烃的厌氧代谢将是以后研究的一个突破点。,未来展望,海洋石油污染的微生物降解是一个复杂的过程,受多重因素的影响。以海洋石油污染生物降解为基础发展起来的生物修复技术在海洋石油污染治理中发展潜力巨大,也是研究的一大热点。了解微生物对某些特定环境下石油烃的组成变化及降解机理,对污染物的迁移规律和土壤、水体污染修复处理有深远的意义。,
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