耐低温混合菌的固定化及其对多环芳烃污染土壤的修复研究

发布时间：2020-08-16 20:16

【摘要】：微生物的降解是去除PAHs的主要途径,但是游离菌会面临土著菌的竞争、中间代谢产物的毒害、环境条件恶劣等问题,导致降解菌的存活率变低、单位体积内降解菌的密度变小、从而使得PAHs降解速率变慢,而固定化技术恰恰克服了以上弊端。为了实现微生物固定化技术修复北方寒冷地区受PAHs污染的冻融土壤的大规模推广和应用,耐低温高效PAHs降解菌的筛选和固定化载体的选择是关键,其次是固定化方法的选择。本文选用本课题组前期已筛选的耐低温PAHs降解细菌5株(J4,L1,L2,S3,S4),研究其对土壤中菲(Phe)、芘(Pyr)、苯并[a]芘(Bap)的降解,并采用Michaelis-Menton和Monod动力学模型对降解结果进行拟合,得到耐低温高效PAHs降解细菌3株(J4、L1、S4)。将其与2株真菌(J7、S1)进行排列组合,得到6组混合菌(J4J7、L1J7、S4J7、J4S1、L1S1、S4S1),筛选出最优混合菌(S4J7)并鉴定。选取玉米芯、花生壳、蛭石和泥炭土作为供试载体,筛选最佳固定化载体材料,优化并确定固定化工艺。通过实验室的模拟实验,研究固定化微生物对PAHs污染土壤的修复能力,通过环境因素的试验明确固定化混合菌的最适条件,最后通过扫描电镜(SEM)分析,对固定化修复机制进行了初步探讨。主要结论如下:(1)单菌中S4对于Phe的降解效果最好,60 d可降解59.18%的Phe;对于高环的Pyr,两株真菌的降解效果略显优势,J7可降解38.11%的Pyr;两株真菌J7、S1对Bap的降解效果优于细菌,去除率分别为28.26%、25.47%。(2)从降解率、降解速率、动力学方程3个指标来看,大部分混合菌在低温条件下对土壤中PAHs的降解效果优于单菌。其中,混合菌S4J7对高环的Pyr、Bap的降解效果略优于真菌S1,细菌S4,60 d后可降解37.15%的Pyr和27.41%的BaP。经鉴定细菌S4为假单胞菌(Pseudomonas sp.SDR4);真菌J7为高山被孢霉(Mortierella alpina sp.JDR7)。(3)以玉米芯(Y)、花生壳(H)、蛭石(Z)和泥炭土(N)作为供试载体,吸附固定化混合菌S4J7(h),60 d后对土壤中PAHs的去除率高低顺序为:Z-hY-hH-hN-hh,其中Z-h和Y-h无显著性差异,可分别降解64.38%和58.49%Phe,48.71%和45.91%的Pyr,40.19%和37.07%的BaP。(4)固定化混合菌10%~15%的菌接种量最接近于实际应用;Y-S4J7对PAHs的最佳降解温度为10℃;含水量为最大田间持水量的20%~60%时,降解效果更好;当PAHs初始浓度为30 mg·kg~(-1)时,Y-S4J7对其利用最充分,降解效果最好。(5)在土著菌存在的情况下,游离菌占有绝对优势,经固定化混合菌处理效果更好。60 d后,对Phe、Pyr、BaP的残余率仅分别为41.51%,54.09%和62.93%。(6)通过SEM扫描电镜观察,载体玉米芯上的菌丝更繁密,细菌随菌丝的生长而移动,发挥细菌-真菌协同作用,对PAHs的降解表现出了较大的优势。另外,玉米芯在北方地区来源广泛,无毒,并且具有一定的可生物降解性,利于微生物的生长。所以,可选取玉米芯作为混合菌固定化的载体,修复北方寒冷地区冻融交替条件下PAHs污染土壤。
【学位授予单位】：辽宁大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X172;X53
【图文】：

多环芳烃,土壤,不完全燃烧

环境部长(CCME)[5] 的浓度分< 100 A 级为清洁土壤 80%100~1000 B 级为轻微污染(或需对其进一步调查)土壤20%> 1000 C 级为污染(或需进行紧急处理)土壤多环芳烃的概述多环芳烃的来源环芳烃来源于有机物的不完全燃烧，分为自然源和人为源，如图 0-1 所然源产量少，环境自净就能达到去除的目的，人为污染产生的 PAHs 在主导地位。另外，大气中的 PAHs 又可通过雨、雪等降落到土壤中，进壤；工业、生活污水，汽车尾气等也会导致土壤污染问题[7]；在北方的不完全燃烧所占比重较大，石油的泄露在土壤 PAHs 的来源中也占一[8]。由于人类活动而产生颗粒物释放到大气中，但最终差不多都要降，因而，在大气污染严重的地区，其土壤中 PAHs 的浓度也较大。

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植物-微生物降解高效、环境友好和修复成本低，对植物要求高0.3.2 微生物修复技术微生物降解PAHs的基本过程如图0-3所示：PAHs 经两种途径进入微生物细胞中，一种是真菌加氧氧化生成芳烃氧化物，之后再失氧变成酚类；另一种是加两个氧原子，从而生成芳烃过氧化物。PAHs降解以有氧氧化为主，最终生成H2O和CO2[19]。

耐低温混合菌的固定化及其对多环芳烃污染土壤的修复研究

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【参考文献】