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快速“吃”光海面上的泄漏油污
复旦大学董文博团队研制出石油降解菌剂

作者:韩蕴如摄影:张琦发布时间:2017-12-06

新闻中心讯 2010年7月16日,大连新港输油管道爆炸导致1500吨原油泄漏进入海洋,滚滚浓黑的石油在顷刻间卷入碧蓝辽阔的海面。海上钻井、原油提炼、游轮在港口的操作性排放等加剧了油污对海洋水体的污染,生活在其中的藻类和鱼类难以幸免。

针对海洋油污染,复旦大学环境科学与工程系教授董文博团队和海军医学研究所共同研制出能快速“吃”光泄漏油污的石油降解菌剂。该项“海上油污染生物修复技术”以绿色环保和降解性高的优势亮相2017中国国际工业博览会。

 

超越传统 高效环保处理“漏网之油”

目前,国内针对海洋油污染的常规处理办法分为物理处理和化学处理两种。当发生大面积石油泄漏时,技术人员首先通过物理办法,使用围油栏将海面上的油污限制在一个封闭的圈子内,并逐渐缩小浮标圈,用无纺布进行油污回收。但是在物理处理后,仍有少量漂浮在海面上的油污难以收集。同时,游轮在港口进行操作性排放时产生的零星油污也无法通过物理办法得到根除。

这时就需要使用化学试剂对“漏网之油”进行再处理。然而,化学试剂投入海洋后则会和油污中的石油烃产生反应,对生态环境造成破坏。为此,通过更为绿色环保的生物降解技术,直接将物理处理后剩余的石油烃,全部代谢并转换成无毒无害的物质,已是技术发展的必然趋势。

和化学处理办法相比,董文博团队提出的“海上油污染生物修复技术”具有处理油污迅速、降解性高、绿色环保的显著特点。在面对海上石油泄漏和港口油污处理时,石油降解菌株可以在两天时间内将油污直接降解成二氧化碳和水,及少量小分子无害有机物。对石油烃的降解率达到90%以上。而“降解系统”本身在处理完油污染后,能够在短期内自动实现完全降解,无需人力回收,更不会对环境造成二次污染。 

攻克瓶颈 不只做训练场上的常胜军

董文博告诉记者,使用微生物来降解油污本身并非新鲜事。“其实能够代谢石油的微生物还真不少,想要在实验室内培养出可以降解石油烃的微生物菌剂也并非难题。” 然而生物修复技术一直难以取得重大突破的原因在于,在实验室里成功研制出的降解菌剂在进入到海水体系后,生长和代谢机制会因为环境的限制而受到抑制。

原来,微生物想要代谢石油,离不开充足的能源与碳源。然而在海水环境中,微生物不仅缺乏生存所需的源源不断的营养物质,石油与水相隔离的现实情况,也使生活在水中的微生物难以接触到石油烃。“如果我们直接向海水内投放营养物质,大量物质在进入海水后会立刻分散,不能长时间为微生物提供所需的营养。”因此,在能源匮乏和碳源不足的现实环境下,面临着生存考验的降解菌在实际应用中,代谢效果远不如实验室里的测量预期。“训练场上的常胜军到了战场却无用武之地,着实是个技术瓶颈。” 

为了克服难题,董文博团队提出在降解菌剂中直接加入能缓慢释放的营养物质,使微生物可以逐步获得营养能源。同时加入能分泌和释放出生物表面活性剂的菌种。“就像是用洗洁精清洗盘子一样,油污虽然难以溶于水,但我们可以使用表面活性剂将油污传至到海水内,供微生物进行代谢和降解。”董文博解释道。 

历时三年 从污泥里炼出“大胃王组合”

在全新理念的指引下,董文博团队开始了历时三年的研制工作。在这一时期,团队从污水处理厂收集了大量含有各式微生物的活性污泥。同时,加油站周边土壤也是样品取材地之一。“微生物是在碳源充足的地方生长和富集的。所以如果想要得到可以代谢石油烃的微生物,就要从不断被油污污染的泥土里,寻找到能够适应这类油污环境的微生物。”

采集到足量污泥样品后,团队在实验室里进行了挂膜培养。通过仅仅提供石油烃作为唯一碳源的方法,筛选出能够以石油烃作为碳源进行代谢的微生物菌种。同时,团队利用张力仪分辨可以分泌出生物表面活性剂的微生物,以帮助漂浮在海面上的油污传至到水中。“以往的培养都是在石油烃已溶入水中的情况下,考察微生物对石油烃的生长代谢。我们创新性地引入生物表面活性剂产生菌,巧妙地解决了石油烃的传质问题。”好的效果来自好的组合。如何组合各类菌株以进一步强化代谢和分泌表面活性剂功能,也是团队特别关注的实验重点。

值得一提的是,为了能让研制出的石油降解菌剂长久地漂浮在海面上,团队还需为菌株量身打造一个可以供其附着的载体。这就要求载体本身具有可以漂浮在海面上、不对环境造成污染、且能自行降解的特点。在多次实验和尝试后,海军医学研究所最终完成了载体部分的研制和试验,为石油降解菌剂找到了一条合适的载体。

“解铃还须系铃人”

目前,石油降解菌剂已在东海、北海、南海三大海域进行了成功的海上试验,能够大规模地应用于石油污染水域中的生物修复,具有广阔的应用前景。并且不仅局限于海水中的石油泄漏,还能处理各类河流废水内的油污。 

当然,当前的石油降解菌剂并非完美无缺。据董文博介绍,降解菌株的培养均是在25摄氏度至40摄氏度的温度区间内完成的,过高和过低的温度都会抑制微生物的生长代谢能力。“这就好像是冰箱,温度低了,微生物在其中的生长受到抑制,食物自然可以做到保鲜。但是对于高纬度寒带地区海域的油污染处理来说,温度过低就会带来新的问题。” 

董文博提出,团队在未来还可以针对不同温度的海水,尝试在组合菌株内加入嗜冷的微生物,帮助低温海域进行油污处理。同时,油田污水处理也可能成为项目新的发展方向。

面对团队在这些年来逐步取得的成果与收获,董文博感叹:“解铃还须系铃人。”当科学技术快速发展,人类为了生活便利创造出更多合成材料,甚至不惜破坏自然时,也需要有这样一支团队,用同样卓越的技术与智慧守卫自然,还地球一片盎然绿意。

 (封面制图:方圆)

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