海洋石油降解固定化菌剂的研制及岸滩溢油现场修复

发布时间：2017-08-27 02:03

  本文关键词：海洋石油降解固定化菌剂的研制及岸滩溢油现场修复

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【摘要】：近年来,由于各种自然或人为活动的原因,海洋溢油事故频发,带来严重的海洋石油污染,严重影响了海洋生态环境。当前已有众多用于缓解和治理原油污染的方法,其中溢油生物修复策略由于具有环保、高效和成本低廉的优点已成为最具发展潜力的溢油处理方法。然而,在实际应用中生物修复仍有很多问题需要克服解决,如外加菌降解活性的维系、提高细菌对海洋环境的适应能力等。面对以上问题,固定化技术成为最好的解决途径。利用高机械性能的PVA(聚乙烯醇)为主要材料,辅以海藻酸钠和活性炭对石油降解菌Marinobacter sp PY97S进行包埋固定化研究。通过考察固定化菌剂的物理性能(机械性能、传质性能、粒径及菌含量和操作难易等)以确定固定化材料最佳浓度配比。结果表明,PVA浓度为40-60 g/L,海藻酸钠浓度为20-30 g/L时,固定化菌剂具有较佳的物理性能;且固定化菌剂内部具有发达的孔状网络结构以供微生物附着生长;在上述结果基础上,以不同浓度的固定化材料制备三种类型的固定化菌剂,通过重量法和GC-MS评价石油降解效果。结果显示在12 d内,三种固定化菌剂的石油降解率均在30%以上,实验组S8(PVA浓度为60 g/L,海藻酸钠浓度为20 g/L,活性炭浓度为5 g/L)的石油降解性能最为突出,相对于游离菌体,其石油降解率提高了近7%。GC-MS结果显示S8组固定化菌剂对烷烃和芳烃降解效果显著,降解率在30%-45%之间,且降解过程中固定化菌剂内细菌的数量得到增加;通过室温放置、4℃放置及冷冻干燥三种方式来保藏菌剂,确定菌剂的最佳保藏条件。定期取样分析菌剂内部细菌含量及其石油降解效果的变化。结果显示在菌剂保藏30d内,各方式菌含量及石油降解效果比较稳定,石油降解率在30%左右。之后室温、4℃保藏菌剂方式菌含量及石油降解效果逐渐下降,而冷冻干燥方式菌含量及石油降解效果表现稳定,石油降解率维持在40%以上。因而冷冻干燥方式对固定化菌剂的保藏比较有利。在现场试验中,利用制备的固定化菌剂对黄岛2013年输油管道爆炸后溢油污染岸滩进行129 d生物修复试验。利用重量法和GC-MS对岸滩溢油区域的修复效果进行评价。结果显示固定化菌剂修复区域和未修复区沉积物中溢油含量均有下降趋势,但修复区更为显著。修复区原油含量30 d后降解率显著提高,较对照提高近53.7%,第129 d降解率达67%,而对照区域降解率仅为46%;GC-MS检测结果显示石油烷烃和芳香烃在修复区和未修复区含量差异显著;固定化菌剂内部微生物多样性分析显示,菌剂内部微生物在环境中多样性增加,以变形菌门和拟杆菌门在石油污染降解过程中发挥重要作用。不同功能微生物在菌剂内部良好的存在。尽管固定化目标菌Marinobacter有流失,但仍能够稳定存在,说明微生物经固定化后可以适应复杂多变的环境,发挥长效溢油降解作用。综上所述,本研究制备的固定化菌剂在物理性能和石油降解活性方面均表现出良好的应用潜力;通过黄岛岸滩溢油的生物修复实地应用,制备的固定化菌剂能够加速溢油的降解,促进环境好转。
【关键词】：石油降解细菌 固定化技术 固定化菌剂 岸滩溢油生物修复
【学位授予单位】：国家海洋局第一海洋研究所
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X55;X172
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 前言12-26
• 1.1 海洋石油污染物12-16
• 1.1.1 石油资源简介12
• 1.1.2 石油的组成12-14
• 1.1.3 海洋石油污染及其危害14-16
• 1.2 海洋石油污染处理的方法及面对的问题16-20
• 1.2.1 海洋石油污染处理方法16-17
• 1.2.2 石油污染处理面对的问题17-20
• 1.3 微生物固定化技术20-23
• 1.3.1 固定化技术简介20
• 1.3.2 固定化技术的方法20-22
• 1.3.3 固定化技术的应用22-23
• 1.4 本研究的目的、内容23-26
• 1.4.1 研究目的23
• 1.4.2 研究内容23-26
• 第二章 石油降解固定化菌剂的研制26-38
• 2.1 引言26
• 2.2 实验材料26-28
• 2.2.1 实验菌株26-27
• 2.2.2 药品及试剂27
• 2.2.3 常用溶液及培养基27-28
• 2.2.4 实验仪器28
• 2.3 实验方法28-30
• 2.3.1 石油降解菌培养及构建28-29
• 2.3.2 细菌固定化菌剂制备材料组成研究29
• 2.3.3 细菌固定化菌剂微球物理性能评价29-30
• 2.4 细菌固定化微球微观结构观察30
• 2.5 结果与讨论30-36
• 2.5.1 细菌固定化菌剂制备材料选择30-31
• 2.5.2 细菌固定化菌剂制备31-33
• 2.5.3 细菌固定化菌剂微球性能分析33-35
• 2.5.4 细菌固定化菌剂微球电镜形态观察35-36
• 2.6 小结36-38
• 第三章 固定化菌剂石油降解性能研究38-50
• 3.1 引言38
• 3.2 实验材料38-39
• 3.2.1 实验菌株38
• 3.2.2 药品及试剂38
• 3.2.3 常用溶液及培养基38-39
• 3.2.4 实验仪器及分析软件39
• 3.3 实验方法39-42
• 3.3.1 石油降解菌培养及构建39
• 3.3.2 细菌固定化菌剂制备39-40
• 3.3.3 石油吸附性能分析40
• 3.3.4 石油降解性能分析40-41
• 3.3.5 细菌固定化微球重复利用性分析41
• 3.3.6 石油降解过程细菌固定化菌剂微观结构观察41
• 3.3.7 石油降解过程细菌固定化菌剂活性检测41-42
• 3.4 结果与讨论42-49
• 3.4.1 石油吸附性能42
• 3.4.2 固定化菌剂的石油降解率42-43
• 3.4.3 固定化菌剂石油烃降解特性分析43-46
• 3.4.4 细菌固定化菌剂重复利用性分析46-47
• 3.4.5 细菌固定化菌剂电镜形态观察47-48
• 3.4.6 石油降解过程细菌固定化菌剂活性检测48-49
• 3.5 小结49-50
• 第四章 固定化菌剂保藏技术研究50-56
• 4.1 引言50
• 4.2 实验材料50
• 4.2.1 实验菌株50
• 4.2.2 药品及试剂50
• 4.2.3 常用溶液及培养基50
• 4.2.4 实验仪器及分析软件50
• 4.3 实验方法50-52
• 4.3.1 石油降解菌培养及构建50
• 4.3.2 细菌固定化菌剂制备50-51
• 4.3.3 菌剂保藏方式51
• 4.3.4 固定化菌剂菌落计数51
• 4.3.5 石油降解性能分析51-52
• 4.4 结果与讨论52-54
• 4.4.1 固定化形态观察52
• 4.4.2 固定化微球中菌含量变化分析52-53
• 4.4.3 菌剂石油降解能力分析53-54
• 4.5 小结54-56
• 第五章 固定化菌剂溢油生物修复现场应用56-72
• 5.1 引言56
• 5.2 实验材料56-57
• 5.2.1 实验菌株56
• 5.2.2 药品及试剂56-57
• 5.2.3 常用溶液及培养基57
• 5.2.4 实验仪器及分析软件57
• 5.3 实验方法57-59
• 5.3.1 石油降解菌培养及构建57
• 5.3.2 细菌固定化菌剂制备57
• 5.3.3 岸滩油污现场修复试验57-58
• 5.3.4 溢油生物修复效果评价58
• 5.3.5 固定化菌剂微观结构观察58-59
• 5.3.6 溢油生物修复过程细菌的多样性分析59
• 5.4 结果与讨论59-69
• 5.4.1 溢油生物修复效果评价59-66
• 5.4.2 固定化菌剂生物修复过程电镜分析66-67
• 5.4.3 固定化菌剂中微生物菌群变化67-69
• 5.5 小结69-72
• 第六章 总结与展望72-74
• 6.1 总结72-73
• 6.2 展望73-74
• 参考文献74-80
• 在读期间发表论文80-82
• 致谢82-83

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