海洋生物修復技術

海洋生物修復技術是指綜合運用現代生物技術，利用特定的生物（植物、微生物或其他動物）吸收、轉化、清除或降解環境污染物，使環境中的有害污染物通過降解或其他途徑得以去除，實現環境淨化、生態效應恢復的生物措施。海洋生物修復技術可以是一個受控或自發進行的過程。

基本介紹

• 中文名：海洋生物修復技術
• 外文名：Marine Bioremediation Technology
• 適用領域範圍：環境生態
• 實質：用特定的生物清除降解環境污染物
• 特點：破壞小、不產生二次污染等
• 污染源：石油污染、無機鹽污染等

簡介

生物修復的基礎是自然界中生物對污染物的生物代謝作用。由於自然的生物修復過程一般較慢，難以實際推廣套用，因此一般指的是在人為促進條件下的生物修復。在生物修復作用下污染物轉化為穩定的、無毒的終產物如水、CO₂、簡單的醇或酸及微生物自身的生物量，最終從環境中消失。

隨著海洋污染的逐年加劇，海洋生態環境惡化已成為影響世界各沿海國家海洋經濟發展的關鍵因素。解決海洋環境污染，研究快速高效治理海洋污染的方法，儘快恢復並進一步最佳化海洋環境，是保證海洋產業可持續發展的關鍵，也是保護海洋，開發海洋的首要任務。為此，各沿海國家都對此給予了極大關注，並開始採取一系列的海洋環境整治措施，如機械清淤、化學降解、使用抗生素與消毒劑等進行治理。但是，這些傳統的污染治理方法又存在淨化處理不徹底、容易產生二次污染、有可能損害海區功能、破壞海域生態平衡等缺陷。因此，研究探討一種既不危害海洋環境，又不破壞海洋生態的治理污染技術，已成為世界各國共同探討的一項重大研究課題。海洋生物修復技術研究就是在這種背景下產生的。

海洋生物修復技術的套用

海洋生物修復技術不僅可以用於污水與廢水的淨化處理，還可以用於底泥、土壤中有機污染和重金屬污染的淨化處理。其優點是費用低、效率高，可以實現水體與底質同時修復，對環境影響小，基本上不產生毒副作用，因而被認為是環境污染治理技術上的里程碑，已得到世界各國環保部門的廣泛認可。生物修復技術除廣泛套用於污水及污泥處理外。目前在海洋污染治理的研究套用主要集中在如下幾個方面：用微生物降解底泥及水中的有害物質（如過量有機物、硫化氫等），延緩海域底質的老化；利用某些藻類（如海帶、石蓴、江蘺等）的光合作用吸收水環境及底質環境中的氮、磷等，降低水域富營養化；利用濾食性貝類（如牡蠣、貽貝、蛤仔等）的濾食作用，減少水環境中的有機污染物；利用以攝食底質中沉積性食物為主的動物（如海參、沙蠶等）消化底泥中的有機沉積物，降低底質有機污染；利用某些生物體內金屬硫蛋白可以結合重金屬污染物的特性，降低底質中的有機物污染和重金屬污染等等。

海洋生物修復技術的特點

海洋生物修復技術是在生物降解的基礎上發展起來的一種新興的清潔技術，它是傳統的生物處理方法的發展。與傳統的化學、物理處理方法相比，生物修復技術具有下列優點：① 可在現場進行，污染物在原地被降解、清除，減少運輸費用。消除運輸隱患，就地處理，操作簡便，對周圍環境干擾少；② 對位點的破壞最小；③ 修復時間較短；較少的修復經費，僅為傳統化學、物理修復經費的30%～50%；④ 人類直接暴露在這些污染物下的機會減少；⑤ 永久性地消除污染，不產生二次污染，遺留問題少；⑥ 生物修復技術可與其他修複方法聯合使用，以更有效地分解和去除污染物質。

儘管海洋生物修復技術已經取得較大進展，但仍然存在許多不足：① 生物不能降解所有污染物，環境中的共存有毒物質如重金屬等會對生物修復過程起抑制作用；② 生物修復不能在極端條件下進行，pH值、溫度以及其他環境因素等都將影響著生物修復的進程；③ 生物修復對地點狀況的前期考察及可行性分析往往費時費錢；④ 污染物有可能被轉化成為有毒的代謝產物。生物修復可通過環境因素的最最佳化而加速自然生物降解速率，是一種高效、經濟和生態可承受的清潔技術。可以預見，生物修復技術的研究與開發具有極為廣闊的前景，套用將會越來越廣泛，並將會產生更大的經濟效益和社會效益。

海洋生物修復技術的發展現狀

海洋污染形式多樣，海洋生物技術則為污染防治提供了一條安全可靠、行之有效的新途徑。海洋有自淨能力，這主要是因為海洋中有許多微生物能夠逐漸地降解污染物，而海洋生物修復技術主要就是利用微生物所具有的這種功能，對其進行分離、篩選、誘變、馴化，增強其降解能力，而後選擇優勢菌投放被污染海域，以加快海洋的自淨速度。以下是生物技術在修復幾種主要海洋污染中的研究和套用。

石油污染

在各種污染中，石油污染最為嚴重。石油流入海面後，一方面在海面上產生油膜減少了海水對氧氣的攝入，使大多數海洋動物因缺氧而窒息死亡；另一方面石油中含有的烴類化合物對許多海洋生物具有較強的毒性。通常半年後，被污染的海域仍受影響。

對石油污染可以採取泵吸、阻攔和旋渦除油的物理方法，也可以採用高效溶劑消除或凝油劑凝油回收的化學方法。但物理方法見效慢，消除不乾淨；化學方法雖然迅速有效，卻難回收反應產物，而且化學藥劑給海洋帶來新的污染問題。

無機鹽污染

工業廢水以及農業化肥中含有大量的氮、磷，當它們傾入海洋中時，會使海洋表層水的營養鹽濃度增高；促使浮游植物過度繁殖，逐漸蔓延形成赤潮。過量的浮游植物消耗太多的氧氣，使海水產生局部無氧層，使魚蝦等海洋動物窒息而死。同時，赤潮出現時，有毒藻類會分泌大量毒素，使海洋生物中毒死亡。一次赤潮出現，該海域中的生物就所剩無幾了。

對於防治赤潮，有人建議投放植食性海洋動物如貝類以防治藻類的過度繁殖，但這樣有毒赤潮的毒素就會富集在食物鏈中，最終會危及其它海洋生物以及人類。而利用微生物如細菌的溶藻、抑藻和殺藻的現象，以及對藻類毒素的降解作用，可以徹底地防治赤潮。

有機物污染

海洋有機物污染主要是指一些難降解、高毒性的有機物如酚類、芳烴類、鹵代烴類、偶氮類等對海洋生物及人體的毒害。有機物污染主要來自工業廢水以及農藥廢液。

微生物通過酶促反應還可以降解農藥污染。螢光假單孢菌為主的混合菌可以通過對硫磷水解酶酶促降解有機磷農藥。虞雲龍等分離的廣譜性降解菌YF11所產生的降解酶對一硫代磷酸和擬除蟲菊酯類殺蟲劑具有良好的降解效果。

近年來，以白腐菌治理芳香性化合物等有機物污染成為環境生物修復的研究熱點。白腐菌降解芳香化合物的能力很強，它可以降解多種芳香化合物：氯代芳烴、氯化苯胺、硝基苯、氯代酚、多氯聯苯、多環芳烴、氯化二苯並二惡英、偶氮染料和雜環染料、三苯甲基染料等有機物。白腐菌降解芳香化合物的主要產物是CO2和生物量本身，不會引起二次污染。

重金屬污染

海洋重金屬污染指銅、汞、銀、鎘、鈷、鈾、鋅、錳、鈣等重金屬的自由離子對海洋生物的致毒效應。而許多微生物對重金屬具有抗性，利用微生物的這種抗性可以對海洋環境進行解毒。

真菌對重金屬解毒機制的主要類型有：與重金屬離子形成沉澱或者將重金屬元素還原成零價金屬；產生有機酸與重金屬元素形成螯合物；吸收重金屬離子合成硫蛋白等複合物。

利用藻類的細胞壁吸附重金屬離子，也可以在一定程度上治理重金屬污染。活藻細胞表面的多糖、蛋白可以與重金屬離子發生離子交換或形成複合物，而死藻體則可起到物理吸附的效果。