含油污泥污染土壤中多环芳烃测定方法及植物—微生物联合修复机制研究

摘要

含油污泥(简称油泥)是在石油开采、运输、炼制及含油污水处理过程中产生的含油固体废物。油泥中的主要污染物有饱和烷烃、多环芳烃(PAHs)等。油泥的不当处置势必导致这些污染物在土壤中的积累,引起土壤结构与性质改变、微生物群落变化、土壤酶活性降低、植被破坏和生态变异,威胁农业生产安全。特别是油泥中的PAHs,不仅影响土壤的正常功能,降低土壤的环境质量,而且这类致癌和致突变的有机污染物进入农田生态系统后,在动植物体内逐渐富集,并通过食物链传递给人类,进而威胁人类的健康和生存。因此,我国将油泥列入国家危险废物名录,并对其排放有严格的限制。　　本文针对油泥污染土壤,开展多环芳烃的测定及生物修复技术的研究,为油泥污染土壤修复提供有力的技术支撑。本研究的主要结果总结如下:针对美国环保局优控的16种多环芳烃(PAHs),本文分别用高效液相色谱(HPLC)和气相色谱质谱联用(GC-MS)两种方法对油泥污染土壤中PAHs进行测定,发现由于油泥污染土壤污染背景较为复杂,用GC-MS法进行测定更为合适;本文采用GC-MS-SIM模式,建立了油泥污染土壤中PAHs的前处理及GC-MS测定方法;在建立方法后,又对仪器的稳定性,以及仪器的检出限、精密度还有回收率等进行了测定。结果表明:该实验方法针对样品重复性较好、分析精密度和回收率均能满足分析中定性定量的要求,适用于针对油泥污染土壤等复杂介质样品中的PAHs分析。固相萃取作为样品前处理技术,在实验室中得到了越来越广泛的应用,本实验室目前已经完成半挥发性有机物自动净化设备样机的生产,本文针对研制的半挥发性有机物自动净化设备(全自动固相多岐管萃取仪),开展了相关参数的优化,在将本仪器用于大规模生产投入使用之前,对该仪器的性能进行了测定,优缺点进行了总结,并编制了使用说明。对于油泥污染土壤,本文采用植物-微生物联合修复的方式进行异位修复,植物选用耐受性比较强的高羊茅,微生物选用本实验室筛得的植物促生菌D5A和产表面活性剂的假单胞菌S-B,结果表明:菌株S-B和D5A强化植物修复处理(高羊茅+S-B、高羊茅+D5A),土壤中总油的降解效率高达84.6％和73.2％;总PAHs降解效率高达60.0％和57.3％;特别是苯并芘含量相对其他处理有显著下降,降解效率高达57.4％和42.5％。经显著性分析,均显著高于不种植物不接菌的对照处理及单独种植植物处理。植物方面,对单独植物处理和接菌处理的生物量进行了测定及显著性分析,不同处理的生物量关系为:高羊茅+S-B＞高羊茅+D5A＞高羊茅,且接菌S-B处理与单独高羊茅处理之间生物量差异显著。由于菌D5A和S-B两菌强化处理对油泥污染土壤修复效果较好,本文采用微生物培养法、碳素利用法(Biolog)、发光细菌生物毒性法和PCR-DGGE等微生态研究方法来揭示不同修复处理对油泥污染土壤的微生物群落结构及功能多样性的影响。平板计数显示,菌强化处理的细菌数量显著高于对照处理;Biolog的结果表明,菌强化处理使土壤中微生物多样性指数增加;而生物毒性试验表明,经过菌强化处理后土壤毒性显著低于对照及单独植物处理。PCR-DGGE结果表明,菌强化处理改变了土壤中优势细菌的群落结构,使细菌多样性增强。

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ACKNOWLEDGEMENTS

摘要

Abstract

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第一章 文章综述

1.1 含油污泥的来源及危害

1.1.1 含油污泥的来源

1.1.2 油泥的危害

1.2 油泥组成及处理方法

1.3 油泥污染土壤中PAHs的分析方法

1.3.1 前处理方法

1.3.2 测定方法

1.4 油泥污染的生物修复

1.4.1 生物修复的概念

1.4.2 生物修复的类型

1.5 影响油泥污染土壤生物修复的因素

1.5.1 污染物性质的影响

1.5.2 烃类降解菌

1.5.3 修复植物

1.5.4 植物根际促生菌

1.5.5 表面活性剂

1.5.6 其他环境因素

1.6 本论文的研究目的,内容及技术路线

第二章 油泥污染土壤中多环芳烃分析方法的建立及质量控制研究

2.1 引言

2.2 实验室平台

2.2.1 分析仪器

2.2.2 其他常用器具

2.3 试剂与材料

2.4 试验方法

2.4.1 土壤中PAHs的分离

2.4.2 油泥中PAHs的HPLC测定

2.4.3 油泥中PAHs的GC-MS分析方法的建立及条件优化

2.4.4 油泥中PAHs测定方法质控研究

2.5 结果与讨论

2.5.1 测定方法的比较

2.5.2 质控测定结果

2.6 小结

第三章 全自动固相多岐管萃取仪分离土壤中PAHs条件优化

3.1 引言

3.2 实验室平台

3.3 试验方法

3.3.1 样品的预处理

3.3.2 固相负压多岐管萃取仪(本实验室研制)相关参数优化

3.4 结果与讨论

3.4.1 谱图叠加定性结果

3.4.2 洗脱曲线

3.4.3 16种多环芳烃在不同体积的洗脱液洗脱时的加标回收率

3.5 小结

第四章 油泥污染土壤的植物-微生物联合修复

4.1 引言

4.2 实验室平台

4.2.1 分析仪器

4.2.2 其他常用仪器

4.3 试剂与材料

4.4 试验方法

4.4.1 Pseudomonas sp.S-B产表面活性剂能力测定

4.4.2 修复实验设计

4.4.3 总油、PAHs含量及基本理化性质测定

4.5 结果与讨论

4.5.1 Pseudomonas sp.S-B菌产表面活性剂能力的测定

4.5.2 土壤含PAHs、总油与基本理化性质

4.6 小结

第五章 植物-微生物联合修复对土壤微生态的影响

5.1 引言

5.2 实验室平台

5.3 试剂与材料

5.4 试验方法

5.4.1 土壤中细菌的数量的测定

5.4.2 碳素利用法(Biolog)分析

5.4.3 土壤总DNA的提取及PCR-DGG E

5.4.4 土壤生物毒性分析

5.5 结果与讨论

5.5.1 土壤中细菌、总烃降解菌、芳烃降解菌的的数量

5.5.2 土壤微生物群落结构分析

5.5.3 PCR-DGGE分析

5.6 小结

全文结论与讨论

参考文献

附录

致谢