耐盐重油降解菌的降解特性及其在溢油污染海岸线修复中的应用

发布时间：2020-05-16 18:33

【摘要】：海洋及其近岸环境中的石油勘探、开发以及储运等活动日趋活跃,正饱受溢油污染的威胁。随着重质油开发与利用强度的加大也显著增加了重质油泄漏的发生概率。重质油富含胶质、沥青质等重质组分,并以难生物降解的多环芳烃类为特征污染物,因此重质油污染海岸线的修复难度非常大。本研究从重质油污染特性及海岸线环境特点出发,成功构建耐盐重质油降解菌群,应用于潮间带微生物修复以及高盐土壤的植物-微生物联合修复,通过对修复条件的优化、降解特性的考察以及修复机制的探索,取得以下主要成果:(1)以大连新港溢油污染海岸线环境样品为菌源,通过降解效率、反应动力学以及耐盐等性能考察确定3株重质油降解优势菌种:Achromobacter xylosoxidans、Ochrobactrum anthropic以及Sphingobacterium mizutaii,其中后者为首次报道。3株菌种在重质油降解过程中均伴随明显的乳化;均可利用正十六烷及多环芳烃类(萘、菲、蒽、荧蒽、芘以及?)为单一碳源生长;耐受盐度高达10%。以上述优势菌株构建复合菌群XG-349,重质油降解效率由单菌的40%~50%提高至60%,降解过程符合一级动力学方程(反应速率常数0.0842 d-1,降解半衰期8.2天)。最优降解条件为盐度3.5%、pH 8.0、温度25℃。(2)设计和构建了潮间带沉积物柱体模拟实验装置,系统开展了重质油污染生物修复效果和机制的室内研究。菌群XG-349在重质油污染沉积物中经过短暂适应后快速增殖,微生物数量与酶活性显著增加;但限于营养匮乏和海水冲刷,菌群退化较快,30日内去除38.2±2.2%的总石油烃。施加溶解性营养(尿素+KH2PO4)有利于修复的快速启动,但随着营养的快速流失,30日总石油烃去除率仅微增至41.4±1.5%,修复效果未见明显改善。而Osmocote缓释肥在海水的冲刷、稀释下能在沉积物中保持较高的氮磷浓度,微生物数量、酶活性在修复周期内均维持较高水平,30日总石油烃去除率达到51.3±2.0%。(3)设计并构建了潮间带环境池体模拟系统,在较大尺度下开展了重质油污染生物修复效果评价及其作用机制研究。在30日内,单独投加菌群XG-349(BioA)对总石油烃去除率达到42.8±2.7%,显著高于自然衰减(NA;22.8±3.8%);施加溶解性营养(BioA+SN)使得总石油烃去除率微升至48.2±2.4%;而施加Osmocote缓释肥(BioA+SRF)则维持了长效的降解活性,总石油烃去除率显著增至57.6±3.4%。BioA提高了对正构烷烃总量的去除率(63.8±6.2%),但对高碳数正构烷烃去除能力较弱;相对于BioA+SN(74.2±4.1%),BioA+SRF去除了更多正构烷烃(82.8±5.7%),而且促进了C20长链正构烷烃的降解。相对于NA(59.3±1.7%),BioA去除了74.0±4.7%的多环芳烃总量,而且对C2-芘、C3-芘、苯并[e]芘以及傒等大分子多环芳烃类的降解能力明显改善。BioA+SN、BioA+SRF的营养条件更优,促进了易降解C2-芴及菲系物的代谢,得以提高多环芳烃总量去除率(81.0±3.5%、85.5±4.2%),但是限于高稠合度、高疏水性以及烷基侧链的空间位阻效应,大分子多环芳烃类的降解并未在BioA+SN、BioA+SRF中改善。(4)高羊茅因其对重油污染含盐土壤的抗逆性和TPHs的高去除率而用于植物(PhytoR)及植物-微生物联合修复(PhytoR+BioA)。海岸含盐土壤的盆栽修复实验表明,BioA、PhytoR以及PhytoR+BioA对总石油烃的去除率分别达到58.9±2.6%、52.6±2.3%和67.35±2.7%。PhytoR+BioA体系的高微生物数量和酶活性强化了降解。BioA、PhytoR以及PhytoR+BioA对重油特征组分PAHs的去除率分别达到78.4±4.9%、92.5±5.1%以及94.8±5.8%。PhytoR+BioA的根际效应使其获得了对PAHs总量及HMW PAHs强降解能力。BioA、PhytoR以及PhytoR+BioA野外修复实验分别获得了47.2±2.6%、42.2±2.6%以及56.9±2.7%的总石油烃去除率。菌群Consortium XG-349在重油污染含盐土壤的生物修复中的应用获得初步成功,为海岸线溢油污染的修复提供了有益的参考。
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X172;X55

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