海洋近岸溢油污染微生物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)研究.pdf

1、篩選自長(zhǎng)期受到石油污染區(qū)域的高效石油烴降解菌株，在實(shí)驗(yàn)室的研究過(guò)程中一般都會(huì)表現(xiàn)出較高的烴降解性能，但是當(dāng)把它們投放到現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用環(huán)境中后，由于缺乏對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)能力，大多數(shù)微生物菌株并不能很好地再現(xiàn)其高效的石油烴降解性能。國(guó)外對(duì)微生物修復(fù)處理技術(shù)的應(yīng)用研究較早，而在國(guó)內(nèi)，微生物修復(fù)的處理技術(shù)還處在實(shí)驗(yàn)室的研究階段，很少有大規(guī)?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展，更無(wú)嚴(yán)格的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行遵循。因此，本論文通過(guò)從實(shí)驗(yàn)室研究到現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的一系列完整的微生物修復(fù)實(shí)驗(yàn)

2、，探討了微生物修復(fù)技術(shù)在海洋近岸溢油污染環(huán)境中應(yīng)用的可行性，并得出以下結(jié)論：
　?。?）從青島港近岸的水樣中篩選得到4株石油烴降解菌: Ochrobactrum sp. N1（No.HQ231209）、Brevibacillus parabrevis N2（No.HQ231210）、Brevibacillus parabrevis N3（No.HQ231211）、Brevibacillus parabrevis N4（No.HQ2

3、31212）。將N系列石油烴降解菌和產(chǎn)生物表面活性劑菌株Bbai-1復(fù)配成高效石油烴降解菌群，該菌群在富集培養(yǎng)基中經(jīng)過(guò)16個(gè)小時(shí)進(jìn)入生長(zhǎng)穩(wěn)定期，在油培養(yǎng)基中經(jīng)過(guò)20小時(shí)進(jìn)入生長(zhǎng)穩(wěn)定期。油培養(yǎng)基中的菌濃可達(dá)9.12×109 cell·mL-1，對(duì)原油降解的最適宜環(huán)境條件為：pH=8.0，T=25oC，鹽度為（NaCl％）25g·L-1。
　　（2）原油因風(fēng)化作用在初始階段的質(zhì)量損失主要來(lái)源于原油中輕質(zhì)組分的大量揮發(fā)，分子量較大且結(jié)構(gòu)

4、復(fù)雜的石油烴組分受風(fēng)化作用的影響較小。通過(guò)氣相色譜分析，原油在風(fēng)化過(guò)程中的質(zhì)量損失主要來(lái)源于C17之前的烴組分揮發(fā)。
　　通過(guò)海水模擬實(shí)驗(yàn)柱對(duì)油污染水體環(huán)境進(jìn)行了模擬。用化學(xué)消油劑處理海水表層的溢油污染物時(shí)，隨著海水深度的不斷增加，海水垂直方向上石油烴組分的濃度逐漸減??；用微生物修復(fù)菌劑處理海水中的溢油污染物時(shí)，在初始階段微生物菌株會(huì)優(yōu)先利用溶解態(tài)的石油烴組分進(jìn)行生長(zhǎng)代謝，之后在生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的生物表面活性劑等代謝產(chǎn)物會(huì)促進(jìn)油組分

5、的溶解，水體表層石油烴濃度高于底層。
　　在近岸灘涂沉積物模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，通過(guò)室內(nèi)搖瓶實(shí)驗(yàn)可知油砂混合物在海水的沖刷作用下經(jīng)過(guò)10小時(shí)達(dá)到吸附解吸平衡，水體中石油烴組分的含量為6.40mg·L-1。通過(guò)柱型模擬實(shí)驗(yàn)證明，在近岸灘涂溢油污染區(qū)域應(yīng)加強(qiáng)10cm以內(nèi)海砂的修復(fù)處理工作。
　?。?）在微生物修復(fù)室內(nèi)搖瓶實(shí)驗(yàn)過(guò)程中（25oC，120r/min），烴降解菌N1-N4對(duì)原油的降解率為63.2%，通過(guò)對(duì)微生物降解動(dòng)力學(xué)過(guò)程的

6、考察，N系列功能菌對(duì)原油的降解較好的符合了一級(jí)動(dòng)力學(xué)過(guò)程。產(chǎn)生物表面活性劑菌株Bbai-1的加入在一定程度上加快了N1-N4對(duì)石油烴組分的降解速率，降解率為66%。
　?。?）微生物修復(fù)室內(nèi)箱體模擬實(shí)驗(yàn)是對(duì)室內(nèi)搖瓶實(shí)驗(yàn)的放大，在水體溫度為20oC時(shí)，細(xì)菌總數(shù)和石油烴降解菌數(shù)量維持在107CFU×mL-1的水平。菌劑對(duì)水體表層原油的乳化效果不理想，實(shí)驗(yàn)池中溶解態(tài)總烴的含量為5.11 mg·L-1。在水體溫度為25oC時(shí)室內(nèi)溫度為19

7、oC，在短時(shí)間內(nèi)細(xì)菌總數(shù)和石油烴降解菌數(shù)量由最初的的106～107CFU×mL-1上升至108CFU×mL-1，原油的物理狀態(tài)從實(shí)驗(yàn)之初較大的塊狀逐漸被乳化成很小的球狀或片狀，水體中溶解態(tài)總烴的含量由0.129～0.370mg×L-1逐漸上升至32.597～34.366 mg×L-1，乳化效果優(yōu)于20oC時(shí)的乳化效果。通過(guò)GC和GC-MS檢測(cè)，水體溫度為20℃，微生物菌劑的降油效果不明顯，水體溫度為25℃，微生物菌劑對(duì)石油烴的降解指數(shù)可

8、達(dá)51.1%。
　?。?）微生物修復(fù)野外模擬實(shí)驗(yàn)共進(jìn)行了103天，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始之初對(duì)各菌株進(jìn)行了大型的工業(yè)發(fā)酵，石油烴降解菌N1-N4系列的菌劑共發(fā)酵6噸，產(chǎn)生物表面活性劑菌株Bbai-1發(fā)酵4噸，菌劑的保質(zhì)期為20天。實(shí)驗(yàn)池水體中細(xì)菌總數(shù)和烴類(lèi)降解菌的數(shù)量都經(jīng)歷了先減小后增大而后再減少的過(guò)程。添加了微生物修復(fù)菌劑的各實(shí)驗(yàn)池水體中的細(xì)菌總數(shù)維持在106~107CFU·mL-1之間，烴降解菌的數(shù)量維持在105CFU·mL-1以上，空白池

9、的細(xì)菌總數(shù)始終在104CFU·mL-1左右，石油烴降解菌總數(shù)保持在103CFU·mL-1以下?？傮w來(lái)看以M06池（油、N1-N4）和M01池（油、N1-N4、Bbai-1、營(yíng)養(yǎng)鹽）中的微生物長(zhǎng)勢(shì)較好。
　　實(shí)驗(yàn)過(guò)程中各實(shí)驗(yàn)池中細(xì)菌所產(chǎn)糖脂含量不斷增加，以最佳修復(fù)條件下M01池代謝所產(chǎn)糖脂含量最高。通過(guò)GC和GC-MS檢測(cè)微生物代謝所產(chǎn)脂肪酸主要為十六烷酸和二十二烷酸。通過(guò)分子生態(tài)學(xué)的分析可知，隨著培養(yǎng)時(shí)間的增長(zhǎng)，布設(shè)了微生物修復(fù)菌

10、劑的實(shí)驗(yàn)池中條帶的亮度和豐度都大幅度上升，變化情況同細(xì)菌總數(shù)和烴降解菌數(shù)量的測(cè)定結(jié)果相符。通過(guò)油指紋分析可知，處于最佳降解條件下的M01池中石油烴降解菌對(duì)原油的降解效果最好，平均降解指數(shù)達(dá)到57.39%，M06、M07和M08池中由于營(yíng)養(yǎng)鹽或表面活性劑的缺乏，外加實(shí)驗(yàn)開(kāi)展期間天氣復(fù)雜多變，平均降解指數(shù)分別為39.88%、30.50%、31.99%。
　?。?）在微生物修復(fù)灘涂現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中，利用沸石吸附石油烴降解菌，可以較好地耐受海水

11、的沖刷，從而起到更長(zhǎng)久的保菌和修復(fù)效果。T04區(qū)域細(xì)菌總數(shù)為5.51×107CFU·mL-1，石油烴降解菌數(shù)量為1.49×106CFU·mL-1。T03區(qū)域細(xì)菌總數(shù)為3.08×106CFU·mL-1，石油烴降解菌數(shù)量為5.90×105CFU·mL-1。
　　（7）在微生物修復(fù)海底現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中，海水表層和底層的各個(gè)位點(diǎn)相對(duì)于參照位點(diǎn)細(xì)菌總數(shù)都有不同程度的增長(zhǎng)，底層水中的石油烴降解菌的數(shù)量要高于表層水中的烴降解菌數(shù)量，實(shí)驗(yàn)漂移位點(diǎn)的菌數(shù)

12、要高于固定位點(diǎn)菌數(shù)。各位點(diǎn)微生物所產(chǎn)代謝產(chǎn)物的含量遵循先增加后減少的趨勢(shì)，漂移位點(diǎn)HD06Wb和HD07Wb所測(cè)糖脂含量在第33天達(dá)到最高，分別為43.54 mg·L-1和42.98 mg·L-1，這與菌數(shù)變化趨勢(shì)相對(duì)應(yīng)。分子生態(tài)學(xué)分析的結(jié)果表明第14天和第35天各位點(diǎn)條帶的豐度和亮度都比本底值有不同程度的增大，且添加的菌劑的條帶在各位點(diǎn)中都有出現(xiàn)且亮度較大。
　　通過(guò)室內(nèi)搖瓶實(shí)驗(yàn)、室內(nèi)箱體模擬實(shí)驗(yàn)、野外模擬實(shí)驗(yàn)、灘涂現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)以及