1石油污染现状及危害
1.1石油的特性
石油成分复杂，含数百种化合物，按烃组成一般可以分为4种：饱和烃（正构烷烃、异构烷烃和环烷烃）、芳香烃（单环、双环和多环芳烃）、胶质（嘧啶、喹啉、咔唑、噻吩、亚砜、氨基化合物组成的复合体）及沥青质，其中，烃类是最主要的组分，相对分子质量从16~1000的烃类在某些油品总可高达300种，此外，石油中有多于30种的有害物质属于环境优先控制和美国协议法令规定的污染物[1]。
1.2石油污染的危害
石油中各种组分谁对动植物产生不同程度的影响，烃类物质会麻醉动物引起昏迷，严重时会导致人和动物器官衰竭，甚至死亡。沸点在150~275 ℃的烃会深入到植物组织内部，阻塞气孔，影响植物的蒸腾、呼吸和光合作用。土壤的安全性备受国际关注，石油烃一旦进入土壤，会导致土壤理化性质失衡，进而对作物的生长发育产生不利影响，甚至导致植物的死亡[2]，耿春女研究表明用含油废水长期灌溉会引起大米中的营养成分发生改变[3]。
石油进入水体（江河湖海），由于石油密度比水轻，因此在水面上会形成一层油膜，与大气环境隔绝，导致水中溶解氧下降，进而影响水中鱼类和植物的生长繁殖[4]，当水中生物吸收了污染水体的有害成分，尤其是多环芳烃，会导致有害物质在食物链中逐级传递，进而危害人类健康[5]，同时，浮油轻组分挥发至大气中，降雨后会造成更大面积的环境污染。
2石油降解菌
生物修复的主体微生物，微生物是自然界最为广泛和普遍的生物，种类繁多，功能各异。常见的石油降解微生物主要有：重要的有假单胞菌属（Pseudomonas）、不动杆菌属（Acinetobacter）、红球菌属（Rhodococcus）、食烷菌属（Alcanivorax）、新鞘脂菌属（Novosphingobium）、棒状杆菌属（Corynebacterium）、放线菌属（Actinomycetes）、黄杆菌属（Flavobacterium）、节杆菌属（Archrobactar）、产碱杆菌属（Alcaligenes）、无色杆菌属(Achromobacter)、微球菌属（Mictococcus）、芽孢杆菌属（Bacillus）、诺卡氏菌属（Nocardia）、微杆菌属（Microbacterium）、迪茨氏菌属（Dietzia）、分枝杆菌属（Mycobacterium）等。
微生物种类是石油降解过程中最重要的因素，除此之外，石油组分、外界环境因素（氧、营养盐、温度、盐度和pH）及表面活性剂也会制约微生物的降解。
微生物可以降解石油中的所有组分，但因石油组分的类型和分子量大小不同，降解效率也各异，其难易程度为：直链烷烃>支链烷烃>单环芳烃>多环芳烃>杂环芳烃，而沥青质极难降解。Chaineau等人利用微生物处理石油污染土壤270天后，烷烃、环烷烃和芳香烃的降解率分别为100%、22%和17%，原油总降解率为75%，沥青未被降解。镁、铁、磷、氮等营养物质促进微生物代谢的顺利进行，无论缺乏哪种营养物质，都会对降解产生影响，普遍认为当C:N:P=100:10:1时有利于烃类的降解。因此，根据不同的污染情况，营养比例也会有所改变。微生物代谢和降解酶需要适宜的温度，温度过高或过低直接影响酶的活性，从而降低代谢速率，Banat等人研究发现30 ℃是微生物生长和降解的最佳温度。盐度的改变直接影响细胞的渗透压，过高时会导致细胞破裂而死，梁生康等人研究表明随盐度的增大，石油降解效率逐渐减小。表面活性剂可以通过增强石油的疏水性而增大微生物的接触面积，从而提高土壤中芳香烃的降解效率。
3石油污染物降解途径分析
对于链式烷烃（直链和支链）的降解分为4种[6]：单末端氧化，双末端氧化，次末端氧化和直接脱氢。
单末端氧化是直链烷烃最为常见的好氧代谢方式，首先在单加氧酶或双加氧酶的氧化作用下末端形成醇，经脱氢酶转化为醛和单脂肪酸，再经β氧化分解为乙酰辅酶A，最后经三羧酸循环生成CO2和H2O。支链烷烃则在加氧酶和脱氢酶的作用下生成支链脂肪酸，之后与直链的代谢途径相似。
双末端氧化是指在烷烃的两端同时发生氧化，氧化的产物为二羧酸，Morgan和Watkinson研究证明了支链烷烃更易发生双末端氧化[7]。
链式烷烃也可在脱氢酶的作用下直接脱氢，经烷烃-烯烃-醇-醛-酸的过程进行降解。
3.1环烷烃的降解途径
环烷烃降解的关键步骤是羟基化，以环己烷为例，经历环己烷-环己醇-环己酮-己内酯的过程，最后开环形成羟基羧酸。
3.2芳香烃的降解途径
芳香烃主要分为单环芳烃、多环芳烃和杂环芳烃，是原油中的主要组分之一，生物毒性大，是降解难度最大的一类烃。芳香烃的降解取决于其化学结构和微生物自身的降解酶，当环数不高于3时，真菌和细菌的降解比较容易，超过3后，就需要以来共代谢来达到去除的目的。结合Dagley[8]和Gibson[9]研究，证明芳香烃的一种降解途径：即将芳香烃先氧化成顺或反式式二氢二醇，再经另一种氧化酶的进一步裂解为儿茶酚类，其中邻苯二酚是芳香烃降解过程中重要的中间产物，邻苯二酚经β-酮戊二酸途径转化乙酰CoA，进入三羧酸循环得以降解。
3.3石油污染环境的生物处理
石油污染环境的生物修复是将石油降解菌应用于各种污染环境中，最终达到去除石油污染物的目的。目前已报道的有：石油污染土壤中的修复、含油废水的微生物处理和含油固体废弃物的处置。
对含油固体废弃物的处理通常采用地耕法、生物反应器法、堆肥法等[10]。刘五星等[11]利用预制床处置含油污泥，生物修复230 d后，降解率达46.3%，其中油和脂的去除效果显著。Genouw等[12]研究显示采用地耕法处理油泥沙。虽然可以达到每年4~15 g/kg土壤的去除率，但要彻底去除油泥沙中石油污染物至少需要15年。
4结论与展望
石油污染环境的生物修复与物理或化学修复相比，具有投入成本低、人工费用少、对环境的扰动小等优点。目前已成为主要的修复技术并不断发展完善，虽然石油烃生物修复取得了一些成果，但由于受降解微生物特性的限制，仍存在许多问题：
（1）单一微生物无法降解石油中的所有组分，且微生物降解过程中受外界环境因子影响较大；
（2）低温条件下石油烃降解研究比较匮乏，由于微生物的降解酶一般在30 ℃左右活性最大，在低温环境下酶活力会受到抑制，导致降解效率降低；
（3）高效石油降解菌的研究大多还处于实验阶段，在工程中的实际应用较少。
参考文献：
[1] 张竹圆. 北方河口区石油降解菌的降解特性研究 [D]; 中国海洋大学, 2010.
[2] !!! INVALID CITATION !!! [13, 14],
[3] 耿春女, 李培军, 陈素华, et al. 菌根生物修复技术在沈抚污水灌区的应用前景 [J]. 环境污染治理技术与设备, 2002, 07): 51-5.
[4] !!! INVALID CITATION !!! [16, 17],
[5] 刘五星, 骆永明, 滕应, et al. 我国部分油田土壤及油泥的石油污染初步研究 [J]. 土壤, 2007, 02): 247-51.
[6] !!! INVALID CITATION !!! [104, 105],
[7] WATKINSON P M R. Biodegradation of components of petroleum [M]. Springer Netherlands, 1994.
[8] DAGLEY S. Catabolism of aromatic compounds by micro-organisms [J]. Adv Microb Physiol, 1971, 6(0): 1-46.
[9] GIBSON D. Fate and effects of petroleum hydrocarbons in marine ecosystems and organisms [J]. Applied Organometallic Chemistry, 1977, 29(7): 456-61.
[10] 徐卫东, 汪家骝. 海洋石油开发含油废弃物的生物处理 [J]. 中国海上油气工程, 1998, 02): 31-4+0.
[11] 刘五星, 骆永明, 滕应, et al. 石油污染土壤的生态风险评价和生物修复 Ⅱ.石油污染土壤的理化性质和微生物生态变化研究 [J]. 土壤学报, 2007, 05): 848-53.
[12] GENOUW G, DE NAEYER F, VAN MEENEN P, et al. Degradation of oil sludge by landfarming — a case-study at the Ghent harbour [J]. Biodegradation, 1994, 5(1): 37-46.
