瓜类果斑嗜酸菌修复润滑油污染土壤实验研究

发布时间：2016-10-08 07:06

第 1 章  绪论

据报道，2014 年我国润滑油市场消费总量约 760 万吨，在经济的快速发展进程中，人们对润滑油的需求持续增加，每年都要产生大量的废润滑油，而如何处理这些废润滑油也越来越引起人们的关注。当前针对废润滑油的无害化处理文献较少，研究重点集中在以提高其资源综合利用率为目标的废润滑油再生处理上[4]，通过一些理化技术手段处理后，可得到与基础油性质接近或者更好的再生油[5]。废润滑油再生处理包括传统工艺如蒸馏-硫酸-白土工艺和蒸馏-加氢工艺，新工艺如分子蒸馏工艺、溶剂精制工艺和膜处理工艺；受制于处理成本、技术手段及回收渠道的不畅通等因素，我国废润滑油回收率还不到废润滑油总量的 20%，大部分废润滑油被直接排放到环境中[1]2，土壤则往往是其污染的主要对象。 润滑油是一种复杂的混合物，主要包括烃类化合物（烷烃、环烷烃、芳香烃）和少量非烃类物质（氯、硫、磷元素及重金属元素），其生态毒性高、可生物降解性差[6]。废润滑油一旦进入到土壤环境后，一些难降解烃组分会长期滞留，影响土壤自身结构和功能，严重污染土壤和地下水资源，破坏生态环境和生态平衡[7-8]，通过食物链也会对人类健康构成潜在的巨大威胁。通过土壤的自净作用，废润滑油中一些组分可被降解，但并不能完全消除其对土壤的影响危害。

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第 2 章  瓜类果斑嗜酸菌降解润滑油特性

2.1 实验材料

本实验建立在初步的单因素实验筛选基础上，利用 L9（34）正交实验表设计了四因素三水平的正交实验方案，因素水平见表 2.3。需要特别指出的是温度条件在此实验中选择了 38℃、40℃、42℃，这个水平的选择主要鉴于在单因素实验中，得知该菌在 37~40℃之间均保持了相对稳定的润滑油降解效率，但由于单因素实验设计上的缺陷，无法判断刚刚超过 40℃之后细胞的降解情况，因此选择了上述三个水平，在该参数条件的最终确定上将参照正交实验结果综合考虑实际情况而定。此外，润滑油初始浓度为 411 mg/L，每组实验条件，按照正交表对应的设计配制。

2.2 实验方法

为研究溶氧量对瓜类果斑嗜酸菌降解润滑油的影响，分析了在不同摇瓶装液量条件下菌株的降解性能。将 10 mL、20 mL、25 mL、30 mL、40 mL、50 mL 无机盐培养基（pH=7.0）分别注入至 6 个 100 mL 三角瓶中，各瓶初始润滑油浓度均为 405 mg/L；湿热灭菌后接种两次活化后的细胞培养液，接种量均为 5%，在 37℃，180 r/min 条件下振荡培养，4 天后测定润滑油降解率和 OD600值。

第 3 章  润滑油污染土壤生物修复工艺参数优化 .......... 33 

3.1 实验材料 ............ 33
3.2 实验方法 ....................... 34
3.3 分析方法 ................... 36
第 4 章  瓜类果斑嗜酸菌修复润滑油污土壤 ............ 54 
4.1 实验材料 ....................... 54 
4.2 实验方法 ......... 54 
4.3 分析方法 ........... 55 
4.4 实验结果与讨论 .................. 56
第 5 章  结论与展望 ................. 66 
5.1 结论 ............................... 66 
5.2 展望 ................. 66

第 4 章  瓜类果斑嗜酸菌修复润滑油污土壤

4.1 实验材料

本章实验在前期研究获得的生物修复工艺参数条件下进行，即每个土壤样本重 1 kg，土壤层厚约 15 cm；翻土频率每天一次，含水量保持在 40%左右，菌液投加量每次 60  mL，表面活性剂（TW-80）投加量为土样质量的 0.2%；其中营养盐每隔 30  天添加一次，C:N:P 比例为 100:15:1。因土样含油量不断降低，添加前需首先测定土壤含油量，以此调整 N、P 元素添加量。 实验设置了 4 种初始含油量不同的土样，分别为 19.49%、15.12%、10.17%、4.89%，并考察每种土样分别在 37℃、30℃和室温下利用瓜类果斑嗜酸菌对其修复效果，对应设置了不加菌液的土样作对照。从菌株降解润滑油特性研究结果得知，温度在 40℃时菌株降解润滑油效果最好，但考虑实际修复环境，且 40℃和 37℃时菌株润滑油降解效果差别不大，因此实验设置的最高温度为 37℃。本实验之所以设置具有一定梯度的 4 种初始润滑油含量土样，是为了对比研究不同污染程度下润滑油降解变化规律，也为实际中修复不同污染程度的土壤提供参考。

4.2 实验方法

通过土壤复配得到 3 种土样，初始润滑油含量分别为 15.12%、10.17%、4.89%。本章实验设置了 4 种初始含油量不同的土样，其中 3 种土样由上述复配而得，另一种为原始保存的土样，其初始含油量为 19.49%。实验在 3 个温度下进行，分别是 37℃、30℃和室温。实验共有 24 个样本，37℃，30℃下的样本放置于对应温度的恒温培养箱，室温样本放置于实验室内，实验设计见表 4.1。分别于不同修复时间取 25 g 土样，测定各样本中残留润滑油含量，并计算润滑油降解率。为准确检测土样中润滑油含量，采用五点法取样，每个点各取 25 g 土样，然后收集混匀，再从中称取 25 g 土样用于含油量的检测，其余土样则放回塑料盒中继续进行实验。
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第 5 章  结论与展望 

5.1 结论 

（1）通过单因素摇瓶降解实验和多因素正交实验对菌株降解润滑油条件进行了优化。多因素正交实验表明，影响菌株降解润滑油的因素主次顺序为：温度>pH>接种量>装液量，最终得到的优化条件为：温度 40℃、pH  6.8、摇瓶装液量不超过 30  mL 为宜。在优化条件下，考察了菌株对润滑油及废润滑油的降解特性，实验结果表明，初始润滑油浓度为 1200 mg/L 时，经过 300 h 的降解，润滑油降解率达到 97.62%。继而针对废机油、废液压油、废变压器油开展了生物降解实验研究，结果表明，废变压器油最难降解，在 230  h 内最大降解能力为 900 mg/L；废机油、废液压油分别在 232 h、240 h 内最大降解能力可以达到 1200 mg/L、1100 mg/L。 （2）对润滑油污染土壤生物修复工艺参数进行了优化研究，结果表明翻土可改善土壤中溶氧条件，提高润滑油降解率；当土壤含水量为 40%，菌液投加量为60 mL，表面活性剂投加量为土样质量的 0.2%，NH4Cl 为氮源（C:N:P=100:15:1）时，可取得最佳的生物除油效果。5.2 展望 石油烃污染土壤生物修复技术已经得到广泛研究，该技术亦可应用于润滑油污染土壤的生物除油处理。当前的诸多研究主要集中在除油效果方面，为进一步完善、提高，并使该技术趋于成熟化，可以从研究典型石油烃组分被降解利用的变化规律入手，深入揭示微生物除油净化机理。此外，可利用分子生态学技术，对土壤微生物乃至外源微生物的群落结构特征变化进行系统研究，从实验和理论上指导生物修复技术的应用和推广。

5.2 展望 

石油烃污染土壤生物修复技术已经得到广泛研究，该技术亦可应用于润滑油污染土壤的生物除油处理。当前的诸多研究主要集中在除油效果方面，为进一步完善、提高，并使该技术趋于成熟化，可以从研究典型石油烃组分被降解利用的变化规律入手，深入揭示微生物除油净化机理。此外，可利用分子生态学技术，，对土壤微生物乃至外源微生物的群落结构特征变化进行系统研究，从实验和理论上指导生物修复技术的应用和推广。

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参考文献（略）

本文编号：133312