1、5.1：我国环境污染现状 化学曾经为社会的进步发现了或合成了成千上万种新的化合物，1985年，在美国化学文摘（CA）上正式登录的化合物数目已达到了600万种，1990年就超过了1000万种，目前已知的化合物远远超过3000万种！全球人工合成的化学物质，1970年已达6000多万吨，到1985年增加到2亿5千万吨。大量的环境异生物质通过各种途径进入环境，含量不一，变化多端，对环境带来巨大影响，给地球生物带来各种即时的或潜在的危害。新化学物质的大量合成，加大环境负荷大气复合污染加剧，酸雨沉降频繁，严重危害生态系统和人体健康 Persistent Organic Pollutants 水环境氮、磷、
2、有机物等复合污染严重，水质性缺水普遍耕地土壤环境氮磷累积、重金属、有机污染物复合污染剧增，“定时炸弹”隐患多；1/3土壤受DDTs和HCHs污染。农、水产品污染物超标，品质下降，生物资源衰退蔬菜、茶叶、粮食农药残留、超标环境复合污染 已进入持续性生态资源短缺和大范围复合性环境污染的新阶段。我国生态与环境的总现状5.2：微生物修复理论 进入自然界中的化合物（污染物）受到物理、化学、光化学和生物的作用而降解转化。研究证明，生物作用是物质降解的主要机制，而微生物又在其中占重要地位。生物修复的定义 生物修复是指利用环境中的各种生物：植物、土壤动物和微生物吸收、降解和转化环境中的污染物，使污染物的浓度降
3、低到可接受的水平，或将有毒有害的污染物转化为无害的物质。微生物具有强大的降解转化能力 微生物种类繁多，分布广，代谢类型多样。微生物个体微小，比表面积大，代谢速率快。微生物繁殖快，易变异，适应性强。具有多种降解酶。微生物的降解性质粒对环境异生物质的降解。质粒质粒降解底物降解底物寄主寄主质粒大小质粒大小传播方式传播方式寄主范围寄主范围NAHNAH萘萘恶臭假单胞菌（恶臭假单胞菌（Ps.putidaPs.putida）70kb70kb接合接合广广SALSAL水杨酸盐水杨酸盐恶臭假单胞菌（恶臭假单胞菌（Ps.putidaPs.putida）6363、7272、82kb82kb接合接合广广CAMCAM樟脑
4、樟脑恶臭假单胞菌（恶臭假单胞菌（Ps.putidaPs.putida）200kb200kb接合接合广广OCTOCT正辛烷、乙烷、癸烷、辛烷正辛烷、乙烷、癸烷、辛烷嗜油假单胞菌（嗜油假单胞菌（Ps.oleovoransPs.oleovorans PpG6PpG6）200kb200kb非接合非接合未知未知XYLXYL甲苯、对或间二甲苯甲苯、对或间二甲苯小田假单胞菌（小田假单胞菌（Ps.avillaPs.avilla）117kb117kb接合接合广广TOLTOL甲苯、对或间二甲苯、甲苯、对或间二甲苯、1 1、2 2、44三甲基苯三甲基苯恶臭假单胞菌（恶臭假单胞菌（Ps.putidaPs.putida
5、）117kb117kb接合接合广广FPFP对位、间位或原位甲酚对位、间位或原位甲酚铜绿假单胞菌（铜绿假单胞菌（Ps.aerubinosaPs.aerubinosa）未知未知接合接合未知未知ETBETB甲苯、乙苯、苯甲酸甲苯、乙苯、苯甲酸荧光假单胞菌（荧光假单胞菌（Ps.fluorescendPs.fluorescend）未知未知接合接合未知未知pAC21pAC21二联苯、对氯联苯二联苯、对氯联苯克氏杆菌（克氏杆菌（Klebsiella pneumoniaeKlebsiella pneumoniae AC 901AC 901）65kd65kd接合接合未知未知PKF1PKF1二联苯、对氯联苯二联苯
6、、对氯联苯不动杆菌属（不动杆菌属（Acinetobater sp.Acinetobater sp.）节杆菌属（节杆菌属（Arthrobater sp.Arthrobater sp.）53.7kd53.7kd接合接合未知未知pAC25pAC253CBA3CBA恶臭假单胞菌属恶臭假单胞菌属117kb117kb接合接合未知未知pB13pB133CBA3CBA恶臭假单胞菌属恶臭假单胞菌属117kb117kb接合接合未知未知pAC27pAC274CBA4CBA恶臭假单胞菌属恶臭假单胞菌属110kb110kb接合接合未知未知未命名质粒未命名质粒3 3、55二甲基酚二甲基酚恶臭假单胞菌属恶臭假单胞菌属78k
7、b78kb接合接合未知未知pAC31pAC313 3、55二氯苯甲酸二氯苯甲酸恶臭假单胞菌属恶臭假单胞菌属72kb72kb接合接合未知未知pJP1pJP12 2、4D4D、3CBA3CBA、MCPAMCPA争论产碱菌（争论产碱菌（AlcaligeresAlcaligeres paradoxusparadoxus）88kb88kb接合接合广广pJP3pJP3、4 4、5 5、7 72 2、4D4D、3CBA3CBA、MCPAMCPA真氧产碱菌（真氧产碱菌（Al.eutrophus Al.eutrophus B13B13）80kb80kb接合接合广广pJP2pJP2、9 92 2、4D4D、MCP
8、AMCPA争论产碱菌争论产碱菌52kb52kb接合接合广广pUO1氟代乙酸盐氟代乙酸盐莫拉氏菌属（莫拉氏菌属（Mraxella sp.）43.7kb接合接合未知未知未命名质粒未命名质粒2 2、6 6二氯甲苯二氯甲苯洋葱假单胞菌（洋葱假单胞菌（Ps.cepacia）63kb接合接合未知未知pWR13 3CBACBA假单胞菌假单胞菌72kb/40kb接合接合未知未知pDG3、42 2、4 4、5 5T T洋葱假单胞菌（洋葱假单胞菌（Ps.cepacia）170kb接合接合未知未知pOADAcdAcd未知未知未知未知未知未知NIC菸碱菸碱/菸碱盐菸碱盐凸形假单胞菌（凸形假单胞菌（Ps.convexa
9、）未知未知接合接合未知未知pKG2菲、联苯菲、联苯Beijerinckia sp.20.8kb未知未知未知未知ASL芳基苯磺酸芳基苯磺酸P.testo.steroni61kb未知未知未知未知DBL硫芴硫芴假单胞菌假单胞菌55kb未知未知未知未知pCIT1苯胺苯胺假单胞菌假单胞菌100kb未知未知未知未知PEG苯乙烯苯乙烯P.fluorescena ST37kb未知未知未知未知pCS1对硫磷对硫磷P.diminuta60kbpOAD2尼龙寡聚体尼龙寡聚体黄杆菌黄杆菌（F.sp.k172）60kbpWE1(BHC)六六六六六六气单胞菌气单胞菌（Aeromonas sp.II s-A）未知未知未知未
10、知未知未知RAF棉子糖棉子糖大肠杆菌大肠杆菌(E.coli)未知未知接合接合未知未知SCR蔗糖蔗糖大肠杆菌大肠杆菌(E.coli)未知未知接合接合未知未知LAC乳糖乳糖小肠结肠炎耶而森氏菌小肠结肠炎耶而森氏菌（Yersiniaenterocolitica）50kb接合接合未知未知PKJ甲苯甲苯假单胞菌假单胞菌未知未知未知未知未知未知pOAP26 6氨基乙酸氨基乙酸黄杆菌（黄杆菌（Flavobacterium brevi）未知未知未知未知未知未知PWR五氯苯甲酸五氯苯甲酸CYM对异丙基甲酸对异丙基甲酸2-HP2-羟基吡啶羟基吡啶未命名质粒未命名质粒冷彬醇冷彬醇Rhodococcus erytho
11、polis微生物对污染物降解机制 指有机物在微生物的作用下彻底分解为H2O、CO2和简单的无机化合物的过程，是彻底的生物降解（终极降解)，可从根本上清除有毒物质的环境污染。实质都是酶促反应。当环境中存在其他可利用的碳源和能源时，难降解的化合物才能被利用（被修饰或转化但非彻底降解）。生物催化与生物降解数据库http:/eawag-bbd.ethz.ch Dehalococcoides ethenogenes,清除有机溶剂造成的污染；Pseudomonas putida KT2440,有机污染物的生物修复中潜力巨大，该菌株甚至还能促进植物生长并具有抗植物病害作用；Alcanivorax borku
12、mensis,海洋石油消除。Caulobacter crescentus,应用于低营养水环境的生物修复；455 Total Genomes438 Complete,17 Incomplete，31 Archaea,421 Bacteria,3 Viruses 完成全基因组测序的环境修复修复相关微生物Geobacter sulfurreducens,帮助转化铀和其它一些放射性金属物质Desulfovibrio vulgaris,帮助修复铀和铬等重金属污染；Shewanella oneidensis去除铬、铀等环境有毒金属；Deinococcus radiodurans，地球上最耐辐射的的生物，耐
13、受的辐射剂量150万拉德，是人类耐受1000-3000倍；5.3：石油污染的微生物降解和修复 石油被誉为“现代工业的血液”，它是重要的能源物质和化工原料。石油是含有多种烃类（正烷烃、支链烷烃、芳烃、环烃）及少量其他有机物（硫化物、氮化物、酸类）的复杂混合物，其中烃类占95.0%99.5%。石油废水中常见的有毒烃类有机化合物石油废水中常见的有毒的含氮、含硫有机化合物NNHNNNNNHNHPyridine吖啶IsoquinolineIndolePhenanthridineQuinolinePyrroleCarbazole吡啶菲啶吡咯异喹啉喹啉Acridine吲哚咔唑(Thiophene)噻吩STh
14、iophenesSalkyl-benzo-SSthieno-S(dibenzo-)S噻吩()二苯 基_烷基_苯 并_()()噻吩并_()目前环境中烃类化合物污染的主要来源是石油污染，石油开采、运输、加工、使用过程均可对环境造成污染；油轮失事、油田漏油、喷井等使大面积海域或土地受严重的污染。海洋石油污染的危害生态危害(1)影响海气交换：油膜覆盖于海面,阻断O2、CO2等气体的交换。O2的交换被阻碍导致海洋中的O2被消耗后无法由大气中补充，CO2交换被阻首先破坏了海洋中CO2平衡，妨碍海洋从大气中吸收CO2形成HCO3-、CO32-盐缓冲海洋pH值的功能，从而，破坏了海洋中溶解气体的循环平衡。(2
15、)影响光合使用：油阻碍阳光射入海洋，使水温下降，破坏了海洋中O2、CO2的平衡，这也就破坏了光合作用的客观条件。同时，分散和乳化油侵入海洋植物体内，破坏叶绿素，阻碍细胞正常分裂，堵塞植物呼吸孔道，进而破坏光合作用的主体。(3)消耗海水中溶解氧：石油的降解大量消耗水体中的氧，然而海水复氧的主要途径大气溶氧又被油膜阻碍，直接导致海水的缺氧。(4)毒化作用：石油中所含的稠环芳香烃对生物体呈剧毒，且毒性明显与芳环的数目和烷基化程度有关。烃类经过生物富集和食物链传递能进一步加剧危害。有证据表明，烃类有致突变和致癌作用，而慢性石油污染的生态学危害更难以评估。(5)全球温室效应：考虑到大洋是大气中CO2的汇
16、，石油污染必将加剧温室效应，也可能促使厄尔尼诺现象的频繁发生，从而间接加重“全球问题”。(6)破坏滨海湿地：石油开发等人为活动导致中国滨海湿地丧失严重。据初步估算，中国累计丧失滨海湿地面积约219万公顷，占滨海湿地总面积的50%。海洋石油污染的危害社会危害(1)石油污染对渔业的危害：由于石油污染抑制光合作用，降低溶解氧含量，破坏生物生理机能，同时烃类的毒害作用也导致海洋渔业资源正逐步衰退。(2)石油污染刺激赤潮的发生：据研究，在石油污染严重的海区，赤潮的发生概率增加，虽然赤潮发生机理尚无定论，但应考虑石油烃类在其中的作用。(3)石油污染对工农业生产的影响：海洋中的石油易附着在渔船网具上，加大清
17、洗难度，降低网具效率，增加捕捞成本，造成巨大经济损失。而对海滩晒盐厂，受污海水无疑难以使用，对于海水淡化厂和其他需要以海水为原料的企业。受污海水必然大幅增加生产成本。(4)石油污染对旅游业的影响：海洋石油极易贴岸而玷污海滩等极具吸引力的海滨娱乐场所，影响滨海城市形象。2010年4月，墨西哥湾海上钻井漏油事故2011年6月，中海油渤海湾油田漏油事故墨西哥湾海上钻井漏油事故4-6万桶“堪比911的国家灾难”美国科学杂志在其网站的显著位置，用一组动态数据形象说明，此次漏油事件的严重程度及恶劣影响。“深水地平线探井泄漏处高达1亿帕的压强；仅每天回收的原油价值就一百五十万美元。”“墨西哥湾尚存5种海龟；
18、29种海洋哺乳动物；2008年渔业收入高达10亿英镑；目前美国在墨西哥湾33的海域被列为禁渔区；32处生物栖息地受到原油污染的侵袭。”“为处理溢油，已经布置了735公里的拦油栅；建立72公里的沙护堤；仅6月1日就投放原油分散剂一百万升。”“120余位科研工作者已经紧急投入此领域研究；美国科学基金会投入175万美元，启动了25个紧急研究项目，已经花费171船时的科考时间。”中海油渤海湾油田漏油事故u康菲石油中国有限公司和中国海洋石油总公司总计支付1683亿元人民币，其中，康菲公司出资109亿元人民币，赔偿本次溢油事故对海洋生态造成的损失；中国海油和康菲公司分别出资48亿元人民币和113亿元人民币
19、，承担保护渤海环境的社会责任。u康菲将出3亿余元补偿秦皇岛渔民与海洋环境修复海洋石油污染的治理方法 目前国际上通行的治理及回收石油的技术、方法大概分以下几类：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。其中，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。海洋表面的石油经扩散、挥发、乳化、沉淀后，部分可能受紫外线作用而发生光分解，但速度很慢。石油降解微生物广泛分布于自然界。微生物
20、可在12周内形成细菌群落，23月内石油被分解消失。石油降解微生物目前已知有100余属，200多种，分属于细菌、放线菌、霉菌、酵母和藻类。石油降解微生物 细菌：海洋螺菌、假单胞菌属(G-)、黄杆菌属、棒杆菌属、无色杆菌属、不动杆菌属、小球菌属、弧菌属、蓝细菌等 放线菌：洛卡氏菌属和分支杆菌属，但对烃类降解不彻底，有中间产物积累。真菌：有枝孢霉、曲霉、青霉等属的菌株；酵母有假丝酵母属（Candida），红酵母属、球拟酵母属中的菌。1.海洋烷烃降解菌 Alcanivorax borkumensis嗜油菌，杆状，革兰氏阴性，未被石油污染的海洋表层水体中丰度很低，但但环境被石油污染后快速增殖并成为优势菌
21、群。当环境中氮源和磷酸盐丰富时，其种群可占总微生物的80-90%。Mechanisms for oil degradation and survival encoded by the A.borkumensis SK2 genome Alcanivorax 在清理阿拉斯加州和西班牙附近的地中海海域的漏油过程中均扮演了重要角色(阿拉斯加曾发生“埃克森瓦尔迪兹”号油轮原油泄漏事故，西班牙附近的地中海海域则发生过“威望”号油轮原油泄漏事故)。在墨西哥湾发生漏油事故之后，环境中这种细菌生长旺盛。它们能够分解构成石油的链烷，同时也能传播一种生物分散剂，帮助其他细菌“饱餐”石油中的其他成分。目前，科学家正
22、试图通过基因改造，让这种嗜油菌加快吃油步伐，使其成为战胜漏油的超级细菌。2.解环菌属 Cycloclasticus 漏油中最危险的成分之一就是多环芳烃，这是一种剧毒挥发性分子。庆幸的是，墨西哥湾至少有23种解环菌属能够降解这种可怕成分，方式就是将它们吃掉并转化为能量。更为重要的是，一些杆状解环菌属还可以吃掉其他毒性更强的芳烃，例如甲苯。它们长着微小的鞭毛，可帮助它们从一片漏油移动到另一片漏油，进行毒素清理工作。目前，科学家正忙于破译Cycloclasticus pugetii，希望能够提高它们消灭毒素的能力。3.科尔韦尔氏菌属 ColwelliaColwellia psychrerythrae
23、a是一种严格嗜冷微生物，革兰氏阴性，生活在深海高压环境中，杆状细菌。生长温度-1-10，在-10 环境中也能生长。在冰冷的北极和南极海域以及较为温暖的墨西哥湾海域，我们都能发现这种嗜油菌的踪影。它们能够在一系列栖息地繁衍生息，无论是海洋沉积物还是北极海冰都是如此，是适应能力更强的“漏油斗士”之一。考虑到沉积物和冷水中的漏油更难于分解，科学家正将目光转向这种分布广泛的嗜油菌，希望借助它们分解漏油的能力战胜这场生态灾难。4.Neptunomonas属Neptunomonas japonica分离于200m以下海底沉积物，革兰氏阴性，杆状。极生鞭毛。这个菌属的一些成员能够分解在绝大多数石油沉积物中发
24、现的致癌物质，也就是上文提到的多环芳烃。具有这种能力的Neptunomonas家族成员分布在世界各地的海洋。它们不仅在清理漏油过程中扮演重要角色，同时也可以分解鲸鱼尸体的脂肪酸残渣。假单胞菌属、弧菌属等其他细菌属都可以分解这些毒素，但它们的数量无法与Neptunomonas或者解环菌属相提并论。5.Thalassolituus属Thalassolituus oleivorans，革兰氏阴性，好氧弧菌。Thalassolituus 属中唯一的种，能降解石油烃类。Thalassolituus oleivorans与Alcanivorax borkumensis非常相像，能够将石油中的链烷转化成二氧
25、化碳和水。它们与Thalassolituus菌属的其他成员一样，主要分布在黑海和墨西哥湾。但是，Thalassolituus oleivorans与Alcanivorax borkumensis是竞争关系，会争夺石油等营养物质进行繁殖。石油烃类的降解机理 微生物对烃类的摄取 石油烃生物降解的第一步是烃类从油相转移到微生物细胞上,也就是微生物如何真正接触到底物进而摄取烃类。在生物修复过程中，化学物质的生物可利用性一般用与微生物细胞内在活力相关的传质速率表示。而微生物转化化学物质的速率取决于两个因素：摄取和代谢的速率(细胞的内在活力)，转移到细胞的速率(传质)。烷烃的摄取是石油污染水体生物修复过程
26、中的关键，目前，一般认为微生物细胞摄取石油烃存在三种模式：(1)微生物细胞摄取溶解在水相中的烃类；(2)微生物细胞与比其大得多的烃类颗粒直接接触进而进行摄取；(3)微生物细胞与比其小得多的假溶、拟溶或被包裹的烃类颗粒作用，进而进行摄取。链烷烃生物降解机理 链烷烃的分解过程是逐步氧化，微生物攻击链烷的末端（次末端）甲基，由加氧酶催化生成相应的醇、醛（酮）和酸（酯），而后经-氧化，形成短链脂肪酸和乙酰CoA进入三羧酸循环。R-CH2-CH3 R-CH2-CH2OH R-CH2-CHO R-CH2COOH 氧化氧化MFOMFOMFOu有些微生物攻击链烷烃的次末端，在链内的碳原子上插入氧。这样，首先生
27、成仲醇，再进一步氧化生成酮，酮再代谢为酯，酯键裂解生成伯醇和脂肪酸。醇接着继续氧化成醛、羧酸，羧酸则通过-氧化进一步代谢。u支链烷烃的降解途径和直链烷烃相似。相对直链烷烃而言，支链烷烃较难为微生物所降解，支链的存在增强了烷烃的抗蚀能力，并且支链越多越大，被微生物降解的难度越大。支链烷烃的氧化还会受到正构烷烃氧化作用的抑制。环烷烃生物降解机理 环烷烃的降解需要两种氧化酶的协同氧化。一种氧化酶先将其氧化为环醇，接着脱氢形成环酮另一种氧化酶再氧化环酮，环断开，之后深入降解 虽然已发现能够在环已烷上生长的微生物，但更常见的是能转化环已烷为环已酮的微生物不能内酯化和开环，而能将环已酮内酯化和开环的微生物
28、却不能转化环已烷为环已酮。可见微生物之间的互生关系和共代谢在环烷烃的生物降解中起着重要作用。芳香烃生物降解机理 芳香烃被微生物降解时，如有侧链，一般先从侧链开始氧化。然后发生芳香环的氧化：由加氧酶氧化为邻苯二酚（儿茶酚），多环芳烃的生物降解，先是一个环二羟基化、开环，然后第二个环以同样的方式降解化为邻苯二酚（儿茶酚）。芳香烃生物降解机理 芳香烃由加氧酶氧化为儿茶酚，二羟基化的芳香环再氧化，邻位或间位开环；邻位开环生成已二烯二酸，再氧化为-酮已二酸，后者再氧化为三羧酸循环的中间产物琥珀酸和乙酰辅酶A；间位开环生成2-羟已二烯半醛酸，进一步代谢生成甲酸、乙醛和丙酮酸。芳香烃生物降解机理 芳香烃由加
29、氧酶氧化为儿茶酚，二羟基化的芳香环再氧化，邻位或间位开环；邻位开环生成已二烯二酸，再氧化为-酮已二酸，后者再氧化为三羧酸循环的中间产物琥珀酸和乙酰辅酶A；间位开环生成2-羟已二烯半醛酸，进一步代谢生成甲酸、乙醛和丙酮酸。u常规的好氧微生物能产生混合功能的氧化酶或双氧化酶，这些酶在分子氧的参与下，使苯环羟基化，并进一步引发芳环裂解，所以能有效地降解芳香烃化合物。微生物对芳香烃降解的起始途径是多样的，但关键性的中间产物具有一致性。u对于烷基芳香烃的降解来说，不管烷基取代基有多长,则一律氧化成羧酸。石油的不同化学组成影响其降解速率，一般来说(也有例外)，微生物对烷烃的氧化是从低碳到高碳，从正烷烃支链
30、烷烃低分子量芳香烃环烃高分子量芳香烃逐级进行的。多环芳烃中环的多少与环的排列都影响多环芳烃在环境中的稳定性，其稳定性的排列是环性角性线性，生物可降解性则与此相反，且多环芳烃的溶解度和挥发性均随环数的增加而减少。u一般认为，不同烃类的微生物可降解性次序如下：小于C10的直链烷烃C10C24或更长的直链烷烃小于C10的支链烷烃C10C24或更长的支链烷烃环烷烃单环芳烃多环芳烃杂环芳烃沥青质。u碳数的多少是影响石油烃组分降解速度的最大因素；C23烷烃的降解速度近似于石油烃的总体降解速度；碳数越大，降解越难进行；当碳数相同时，不同类石油烃组分的降解速度由其官能团所决定。含原油废水的微生物处理效果5.4
31、：化石燃料煤和石油的微生物脱硫化石燃料煤和石油中所含有的有机硫和无机硫是环境的重要污染源有机硫类型有机硫化物包括硫烷、硫醇、硫醚、硫化物、二硫化物及含硫的杂环化合物，共分为13类，包括176种不同结构，其中噻吩含量最多。Merpcaptans(thiols)SHSHSHSulphides(aliphatic or aromatic)alkyl-cyclic-aromatic-dialkyl-alkylcycloalkyl-cyclic-alkylaryl-thiaindansDisulphidesThiophenesalkyl-benzo-thieno-dibenzo-SSSSSSSSSSSS
32、 FCC汽油中硫化合物的分布及炼制油品要求含硫化合物含硫量(ppm)炼制汽油硫含量(ppm)Mercaptans68Thiophene5266C1-Thiophene66167Tetrahydrothiophene1621C2-Thiophene183233C3-Thiophene12680C4-Thiophene1390Benzothiophene（BTH）3090Back炼油过程中物理和化学的除硫技术原油中大多数的H2S是在油井现场的油气分离过程中除去的。在炼油厂采用催化裂解和加氢脱硫(HDS)过程，加热到350C后蒸馏除去结合硫，但这些技术需高温、高压，且能耗大。目前相当多的资金用于石油
33、的物理化学法脱硫上，1993年全世界用于HDS过程的资金达250亿美元。到下个世纪，随着需求的增加和低硫原油的耗尽，高硫原油将不断增加，因此石油脱硫成为必然。成本高生物法脱硫BDS在常温常压下操作，而且能耗比HDS低70-80%。该过程还可回收有机磺酸盐等高值化学品，可为炼油厂增加经济效益。采用BDS技术的投资额约为加氢脱硫技术(HDS)的一半，操作费用比HDS低10%-25%。据报道，采用BDS可使FCC汽油的硫含量从1400ppm降至150ppm(以满足整个汽油组分平均硫质量含量为50ppm的要求)。从整个汽油组分来讲，炼油厂每m3成品汽油的BDS成本1.59-2.65US$，低于HDS成
34、本。效率高 花费少微生物脱硫的途径以二苯并噻吩为模式化合物的脱硫途径以苯并噻吩为模式化合物的脱硫途径以噻吩为模式化合物的脱硫途径 以二苯并噻吩（DBT）为模式化合物的脱硫途径 在高馏分油中，超过60%的硫是以二苯噻吩及其衍生物的形式存在的，因此实验室一般使用DBT作为生物脱硫研究的模式化合物。u碳架破坏途径(C-C键被切断)u碳架保留途径(专一地切断C-S键而保留完整的碳架)Rhodococcus4S途径PseudomonasPseudomonas好氧氧化反应好氧氧化反应厌氧还原反应 到目前为至已从炼油厂污水处理的活性污泥、煤焦油污染的或煤矿附近的土壤、温泉、油田附近的污水、油井附近被渣油严重
35、污染的土壤、海洋水、海洋中岛屿的泥土中分离出一些用于脱除有机硫的微生物，如Pseudomonas sp.(假单胞菌属)、Acinetobacter sp.(不动杆菌属)、Corynebacterium sp.(棒杆菌属)、Brevibacterium(短杆菌属)、Beijerinck(拜叶林克氏菌属)和Rhizobium(根瘤菌属)等细菌，以及Rhodococcus rhodochrous(紫红红球菌)、Rhodococcus erythropolis(红平红球菌)、Nocardia sp.(诺卡氏菌属)等放线菌用于DBT的降解。以苯并噻吩（BTH）为模式化合物的脱硫途径uFCC汽油中主要的含
36、硫有机化合物包括BTH及其衍生物，其中BTH占30%。u Finnerty et al.（1983）报道了几株可以利用BTH为专一硫源和碳源进行生长的菌株，不过由于其损失燃料热值而没有应用价值。u近几年发现能够了专一性降解BTH菌株，主要包括戈登氏菌株（Gordonia sp.）、类芽孢杆菌（Paenibacillus sp.）、中华根瘤菌（Sinorhizobium sp.）以及红球菌Rhodococcus sp.）。以苯并噻吩（BTH）为模式化合物的脱硫途径SSOSOOOSOOSOOOHOOHOABCDEFGHA：BTHB：BTH sulfoxideC，D：BTH sulfoneF：ben
37、zoe1,2oxathiin S-xoideE：邻乙烯苯酚G：2-(2-hydroxyphenyl)ethan-1-al 噻吩（Thiophene）脱硫途径A proposed mechanism for the cracking-desulfurization of thiophene in FCC processu噻吩代表了最简单的杂环含硫化合物。u生物处理方法，一般都会导致噻吩的降解，而得到开环的化合物。u至今还没有报道通过硫专一途径脱除噻吩中硫的菌株。噻吩（Thiophene）脱硫途径BDS中试流程图工艺包括如下步骤：生物催化剂和水混合成於浆；於浆、空气和油在生物反应器中混合反应；充分
38、反应后，反应混合物送至三相离心机，分出脱硫油；再用静电沉淀器从产品油中分出附加的水；脱除水相中的硫化物，恢复生物催化剂活性；生物催化剂水溶液循环回到反应器；废生物催化剂和硫酸钠在炼油厂污水系统中加以处理(若用氨作中和剂,则副产物为硫酸氨可用作化肥)。5.5：农药的微生物降解与污染环境的修复世界各地的农药使用情况世界各地的农药使用情况(2002 数据)世界年使用量为140万吨（纯品）北美占30.3%(美国28%)欧洲占22.7%亚洲占25.8%南美占12.3%其它占9%全球市场达277 亿美元;除草剂占48%杀虫剂占28%杀真菌剂占19%其它占5%农药种类u根据原料来源：有机农药、无机农药、植物
39、性农药、微生物农药；u根据用途：杀虫剂、杀螨剂、杀鼠剂、杀软体动物剂、杀菌剂、杀线虫剂、除草剂、植物生长调节剂等。目前常用的杀虫剂（也包括杀螨剂在内）有：乐果、毒死蜱、敌百虫、辛硫磷、抗蚜威、丁硫克百威、天王星、高效氟氯菊酯、顺式氰戊菊酯、甲氰菊酯、顺式氯氰菊酯、氟氯氰菊酯、高效氯氰菊酯、噻嗪酮、虫螨腈、抑太保、农梦特、灭幼脲、阿维菌素、苏云金杆菌、菜喜、锐劲特、菊.杀、农地乐、尼索朗、克螨特等。目前常用的杀菌剂有:代森锌、代森锰锌、可杀得、百菌清、甲基托布津、多菌灵、福美双、乙磷铝、甲霜灵、多霉灵、甲霉灵、速克灵、扑海因、杀毒矾、农利灵、普力克、宝丽安、特克多、甲霜灵锰锌、炭特灵、炭疽福美、
40、加瑞农、福星、多硫悬浮剂、绿乳铜、利得、敌菌灵、敌力脱、菌核净、绿亨1号、绿亨2号、病毒A、植病灵、抗毒剂1号、83增抗剂。前常用的除草剂有:除草通、氟乐灵、地乐胺、扑草净、大惠利、乙草胺、普乐宝、都尔、果尔、恶草灵、杀草丹、丁草胺、拿扑净、精稳杀得、高效盖草能、精禾草克、威霸、爱捷、百草枯、草甘磷等。禁用农药种类u根据中华人民共和国农业部第199号公告(1)国家明令禁止使用的农药有：六六六(HCH)、滴滴涕(DDT)、毒杀芬、二溴氯丙烷、杀虫脒、二溴乙烷(EDB)、除草醚、艾氏剂、狄氏剂汞制剂,砷、铅类、敌枯双、氟乙酰胺、甘氟、毒鼠强、氟乙酸钠、毒鼠硅。(2)不得在蔬菜、果树、茶叶、中草药材
41、上使用的高毒农药有：甲胺磷、甲基对硫磷、对硫磷、久效磷、磷胺、甲拌磷、甲基异柳磷、特丁硫磷、甲基硫环磷、治螟磷、内吸磷、克百威、涕灭威、灭线磷、硫环磷、蝇毒磷、地虫硫磷、氯唑磷、苯线磷19种。(3)不得用于茶树上的农药有：三氯杀螨醇、氰戊菊酯。u根据中华人民共和国农业部第274号、第322号公告(1)自2003年12月31日起，撤销所有含甲胺磷、对硫磷、甲基对硫磷、久效磷和磷胺5种高毒有机磷农药的混配制剂的登记。自2004年6月30日起，不得在市场上销售含以上5种高毒有机磷农药的混配制剂。(2)自2005年1月1日起，除原药生产企业外，撤销其他企业含有甲胺磷等5种高毒有机磷农药的制剂产品的登记
42、证。同时将原药生产企业保留的甲胺磷等5种高毒有机磷农药的制剂产品的作用范围缩减为：棉花、水稻、玉米和小麦4种作物。(3)自2007年1月1日起，撤销含有甲胺磷等5种高毒有机磷农药的制剂产品的登记证，全面禁止甲胺磷等5种高毒有机磷农药在农业上使用，只保留部分生产能力用于出口。农药的危害：高毒 致癌 致畸 致突变 高残留 我国是农业大国，农药尤其是化学农药的使用，依然是目前保证农作物增产的有效手段。很多农药喷施到农田后，只有5%左右的农药到达目标害虫，而95%的农药残留在水体、土壤和农业生态系统中，它会通过食物链的富集，最终进入生物体内，严重影响人类的身体健康。生物降解与修复 微生物降解与传统的物
43、理、化学方法相比较，具有投入低、治理效果明显、不易产生副作用、可恢复和建设生态环境的特点，被公认为是一种低成本的环境友好型去除污染物的方法。微生物降解的两大主体是微生物和植物,而微生物以其代谢方式丰富多样、底物范围广等优点成为生物修复技术中的主力军。国内外在有机氯、有机磷、氨基甲酸酯、拟除虫菊酯类农药降解菌的分离、筛选及降解特性方面的研究相对较多，主要微生物包含细菌、真菌、藻类等。同一种菌属微生物可降解多种农药同一种农药也可被多种微生物所降 微生物对农药的作用方式可分为两大类：一类是微生物直接作用于农药，通过酶促反应降解农药，常说的农药微生物降解多属于此类，微生物通过酶促反应降解农药的方式主要
44、有氧化、脱卤、还原、水解、合成等几种反应类型；另一类是通过微生物的活动改变了化学和物理的环境而间接作用于农药。常见的作用方式有矿化作用、共代谢作用、生物浓缩或累积作用和微生物对农药的间接作用。有机磷农药微生物降解有机氯农药微生物降解 2001年来自127个国家(包括中国)和地区的代表在瑞典斯德哥尔摩签署了“控制持久性有机污染物”的国际公约，严格禁止或限制使用12种持久性有机污染物(persistent organic pollutants，POPs)。有机氯农药(DDT、艾氏剂、氯丹、狄氏剂、异狄氏剂、七氯、灭蚁灵、毒杀芬、六氯苯)就占了其中的9种。这些对人类健康和自然环境特别有害的典型化学污
45、染物不仅可能引起癌症，而且可能影响内分泌系统、神经系统和生殖系统；不但可能影响本代，而且可能影响后代。HCH虽未列上，但为可疑致癌物，属美国环境保护局确定的129种优先控制污染物。六六六(hexaehloroeyelohexane，HCH or BHC)化学名称为六抓环己烷；化学式为C6H6C16；是一种有机氯杀虫剂，曾经在世界范围内广泛使用。由于其具有高度稳定性，在环境中难以被降解，所以被联合国列为全球禁止使用的农药。HCH有八种构象异构体。在商业化的六六六产品中，、四种异构体占主要成分。通常我们所说的六六六异构体主要就是指这四种异构体，其他四种异构体因为含量极少又不重要，一般不包括在所谓的
46、六六六总量内。农药微生物降解的发展方向u高效降解微生物菌株的筛选；u降解菌株的混合培养；u高效农药降解微生物酶制剂的开发；u高效降解工程菌的构建；u降解菌或酶的固定化技术。高效降解菌株 南京农业大学目前分离筛选到农药和有毒有机污染物降解的微生物菌种资源500株以上，农药降解效率国际领先的菌株30余株，建立了种类齐全的我国最大的农药降解菌种库，能降解的农药有有机磷、有机氮、有机氯、菊酯类、氨基甲酸酯、磺酰脲类等农药。2 h内完全矿化5mg/L的、四种六六六异构体。此前，国际报道的S.paucimobilis UT26只能降解 和 两种异构体，完全矿化 需要4h，20h才能降解12.6%的异构体。
47、六六六降解菌BHC-A（Sphingomonas sp.）处理（农药+降解菌）对照（农药）发现使用六六六降解菌可以在15d内将30 mg/kg 的、四种六六六异构体降解低到0.33 mg/kg降解菌株的盆钵试验DDT降解菌株 DB-1（Sphingomonas sp.）菌株DB-1的电镜照片对照处理DDT降解的紫外扫描图谱 10 d DDT的降解率在75.7-83.6%之间。而国外报道的菌株（Cladosporium sp.）要达到相同的降解率的时间长达30d。呋喃丹农药降解菌CDS-1（Sphingomonas agerus）24h内矿化100 mg/kg的呋喃丹，国际报道的同类菌株需15d
48、。阿特拉津降解菌ADP-1（Micrococcus sp.）24 h内完全矿化100 mg/kg的阿特拉津 发现使用阿特拉津降解菌可以明显解除阿特拉津除草剂对小麦生长的抑制。空白阿特拉津(1.5mg/kg土)阿特拉津+菌剂（1亿个/g 土）24h内完全矿化500mg/kg的甲基对硫磷，效果稳定，降解谱广，能降解对硫磷、辛硫磷、马拉硫磷、敌敌畏、乐斯本等有机磷农药。甲基对硫磷降解菌DLL-1（Pseudomonas putida）三唑磷降解菌mp-4（Ochrobactrum sp.）国际首次报道能降解三唑磷的高效菌株，大田水稻上的三唑磷农药降解效果90%以上。菊酯类农药降解菌甲氰菊酯富集液 9
49、2.15%甲氰菊酯CK甲氰菊酯处理氯菊酯富集液 99.28%氯菊酯CK氯菊酯处理氰戊菊酯富集液 55%氰戊菊酯CK氰戊菊酯处理溴氰菊酯富集液 89.10%溴氰菊酯CK溴氰菊酯处理培养36hr完全降解100ppm的多菌灵农药多菌灵农药降解菌基因工程菌构建 近年来，伴随着基因工程和分子生物学研究技术的发展，科研工作者开始把重心转移到高效工程菌的构建，采用基因重组技术，将表达高效降解农药的酶的基因构建到载体中，经转化获得工程菌，以期提高起降解作用的特定蛋白质或酶的表达水平，从而提高降解效率,既能克服一些酶在环境中不能稳定存在的问题，又保持了酶的高活性。随着基因工程进一步发展，微生物在农药降解方面的潜力会得到更充分的体现。从甲基对硫磷降解菌M6中克隆到一个新的甲基对硫磷水解酶基因mpd(AF338729)；甲基对硫磷降解关键酶基因的克隆与表达mpd基因在E.coli中高效表达表达量占菌体总蛋白的20%34 kDampd基因在Bacillus subtilis WB800中的高效分泌表达酶活提高了28倍，简化了酶的后续纯化步骤，延长了菌剂货架期。53 mg/L
