固定化微生物强化修复石油污染土壤的研究

发布时间：2020-10-18 09:46

　　 石油开采、生产、储存、运输和石油产品使用过程中的溢油、泄漏和排放等问题,已严重威胁到环境生态和人类健康。经济和环境友好的微生物修复技术,成为污染土壤修复的研究热点。针对微生物修复石油污染土壤技术实际应用中存在的问题,如添加菌在修复土壤中存活率低、吸附固定化细胞易外泄和实地修复效率低等,本研究通过两步固定化方法制备一种硅化固定化菌剂(Silica-IC),并探讨了该菌剂的特征和性能,及其在水体、泥浆和土壤中的降解能力和作用机理;从土壤、污染物和微生物三维角度出发,采用正交试验设计确定了固定化微生物修复石油污染土壤的主要因子和最优条件,以期为石油污染土壤的微生物强化修复技术提供理论参考和技术支撑。论文取得的主要成果如下:(1)制备了具有良好保菌能力和稳定性的硅化固定化菌剂(Silica-IC):采用两步固定化方法,即细胞先吸附固定在木屑上,再利用气相沉淀法在其上覆盖一层硅凝胶,制备硅化固定化菌剂。研究发现Silica-IC细胞截留率较高,且在低温4°C和高温30°C放置28天,活菌菌落数(CFU)均无显著性下降,说明其有良好的保菌能力和稳定性。(2)研究了硅化固定化细胞降解菲的动力学机制:结果表明Silica-IC固定化细胞去除菲的过程主要是吸附-降解机制。以污染土壤石油组分多环芳烃含量较高的菲及典型降解菌Sphingomonas sp.GY2B为研究的模型。当把固定化菌株加入水体中时,其对菲的降解过程与吸附-降解模型较为吻合,而游离菌与一级动力学模型吻合;当将固定化菌株加入含菲的泥浆或土壤中时,菲的去除可能存在多种途径,比如吸附至载体上的菲被载体上固定着的GY2B菌株直接利用,菲的不断降解促进更多的菲被吸附至载体上,继续被菌株利用,缩短了菲与菌株间的传递距离,克服了部分传质限制,达到强化菲的去除效果。(3)研究了Silica-IC在泥浆和土壤体系中的生长和降解特性:结果表明Silica-IC可高效降解水体、泥浆和土壤中的石油组分菲。对土壤中的菲,48 h去除率高达93.4%。在泥浆和土壤体系中Silica-IC中的GY2B细胞短暂适应环境后快速生长繁殖,并维持在比较高的菌落数水平,表现出较好的存活率和生长趋势。(4)研究了固定化菌剂修复实际石油污染的土壤:结果表明分不同时间段多次添加固定化菌剂并为其提供良好的微环境(适宜的pH、盐度和可利用的底物)可有效净化石油污染的土壤。利用正交试验设计,对炼油厂附近石油污染的酸性土壤进行为期60天的修复实验,发现影响因子显著性水平依次为:无机复合肥的量菌剂总量菌剂添加方式表面活性剂的量;无机复合肥显著地抑制总石油烃(TPH)的去除;在最佳修复条件下,即2%的固定化菌剂总量(5.97×106 CFU/g)分三次添加和6%的阴-非离子混合表面活性剂(SDS:TritonX100=2:1)总量,TPH去除率可达60%以上(C0=13755 mg/kg)。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2017
【中图分类】：X53
【部分图文】：

图 1-4 土壤环境中多环芳烃研究热点分布[84]Figure 1-4 Research hotspots of PAHs in soil.3.1 植物修复法植物修复（Phytoremediation）是利用绿色植物达到净化环境的目的，是一种原复方式。植物去除环境中有机污染的方式主要分为四种[32, 87]：（1）植物吸收，是过根系或者植物体叶片将有机污染物以简单扩散、自由扩散或颗粒沉降等方式从或空气中转移到植物组织中；（2）植物降解，指有机污染进入植物体后通过自身代谢作用将外源性物质分解，或者是植物根部分泌的酶进入土壤，促进有机污染生物可利用性并将其附近的污染物直接降解；（3）植物挥发，是指进入植物体内转化为气态的有机污染物，通过植物蒸腾作用随叶片转变为挥发态气体进入大气种方式；（4）植物刺激，指植物根系分泌物（比如碳水化合物、氨基酸和黄酮类等为营养促进土壤根际微生物利用有机污染物为碳源进行生长和繁殖，从而达到净

第一章 绪论分解或质粒外泄扩散等情况）。递[154]在假设土壤中 PAHs 的生物降解受到溶在水相中第一扩散定律（Fick’s First Law of Diffusion，公式 1物降解原理。/t =  (0 x)/x （1-1） Q 是单位时间（s）扩散通过单位面积 A（m2）的基度梯度，其中 C0是初始浓度（mol/m3），Cx 是反应池长度（m），即源与汇间的距离；D：扩散系数（m2（﹣）是指扩散从高浓度至低浓度。

小扩散距离x。在污染物的吸附剂上或者分离相污染物上胞的有效途径。Mulder等报道[159]萘晶体的扩散厚度是1的距离却不到1 μm，和游离菌相比，大大缩减了萘分子加表面活性剂、利用产生物表面活性剂的菌株、促使菌或者固定化菌株（载体吸附污染物供菌株利用）等措施通量（Q/t），从而强化污染物的去除。解内降解碳烃化合物既可在好氧条件下也可在厌氧或缺氧降解，如图 1-10 所示[160]。微生物胞内降解有机污染物，摄取 O2/电子受体后发生酶反应（加氧酶和过氧化氢，进入三羧酸循环，最后，在有营养的情况下（N、P、成新的生物体，另一部分作为呼吸产物 CO2和 H2O 排出
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本文编号：2846138