生物表面活性剂强化的石油污染土壤生物修复研究

摘要

近年来，石油工业快速发展，伴随着石油的环境污染问题也越来越严重。微生物修复是降解环境中石油烃污染物的重要方法，然而石油烃的难溶性和难降解性是限制其生物降解的主要因素，引入表面活性剂是提高其生物可得性的一个有效方法。在修复石油烃污染的环境时，有一些微生物既能降解污染物，又能代谢分泌表面活性剂，提高石油烃的生物可得性。本文取环宇焦化有限公司污泥浓缩池的活性污泥为菌源，以石油为唯一碳源，通过液相驯化的方式驯化出稳定的混合菌，并从中筛选分离出产生物表面活性剂效果好的菌株，优化其环境因子，探究接种高产生物表面活性剂菌株以及外加鼠李糖脂强化混合菌修复石油污染土壤的效果。主要研究结果如下： （1）从徐州华裕煤气有限公司污泥浓缩池中的活性污泥中驯化得到一组石油降解混合菌。菌群的高通量测序结果显示，群落组分主要为：类芽孢杆菌属（Paenibacillussp.），不动杆菌属(Acinetobactersp.)，假单胞菌属(Pseudomonas sp.)，金黄杆菌属（Chryseobacteriumsp.），产黄杆菌(Rhodanobacter sp.)，根瘤菌(Rhizobiales sp.)，红螺菌（Rhodospirillaceae sp.），等。并从中筛选获得一株生物表面活性剂产生菌FDM1，在以柠檬酸钠为唯一碳源的无机培养基中培养五天后，能使发酵液的表面张力降低到37.1mN/m,排油圈直径为6.5cm。16S rDNA基因序列分析结果表明菌株FDM1是铜绿假单胞菌。菌株FDM1所产生物表面活性剂红外结果显示菌株FDM1所产生物表面活性剂的分子结构中含有的官能团主要有：羟基、C-H键、C-O-C键以及C=O键。 （2）测定菌株FDM1在发酵培养基中的生长曲线，结果表明菌株在接种后4~16小时处于对数生长期，接种16小时之后进入稳定期。研究分别以柠檬酸钠、葡萄糖、牛肉膏、石蜡为碳源对菌株发酵的影响，结果表明菌株的最佳碳源为柠檬酸钠；探究分别以蛋白胨、尿素、NaNO3、(NH4)2SO4为氮源对菌株发酵的影响，结果表明菌株的最佳氮源为NaNO3。温度和pH对菌株发酵的试验表明菌株的最适环境因子为：温度为35℃，初始pH为7。正交试验结果显示菌株发酵的最佳条件为：pH=7，以5g/L的NaNO3为氮源，30g/L的柠檬酸钠为碳源，发酵温度为35℃。 （3）生物表面活性剂强化混合菌降解石油烃的实验结果表明：在水土比为10∶1且含石油烃和混合菌的体系中，接种生物表面活性剂产生菌可以强化混合菌对石油烃的降解，石油烃的降解率随着菌株FDM1投菌量的增加而逐渐增加。混合菌群的接种量为10%，菌株FDM1的接种量为8%时，石油烃的降解率在培养时间为60h时降解率达到最大为26.5%。在体系中，外加低于临界胶束浓度的鼠李糖脂对混合菌降解石油烃有抑制作用，外加达到或者高于临界胶束浓度的鼠李糖脂则可以强化混合菌对石油烃的降解。当鼠李糖脂的投加浓度为5CMC，培养时间达到72h时，石油烃的最高降解率可达29.8%。

目录

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致谢

变量注释表

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2.1 石油污染土壤现状

1.2.2 石油烃污染的来源和危害

1.2.3石油污染土壤的生物修复技术

1.2.4 生物表面活性剂

1.2.5 生物表面活性剂对石油烃生物降解影响研究进展

1.2.6 分子生物学技术的应用

1.3 研究目标、内容及技术路线

1.3.1 研究目标

1.3.2 研究内容

1.3.3 技术路线

2 实验材料与分析方法

2.1.1 实验药品与仪器

2.1.2 石油烃、活性污泥及石油污染土壤来源

2.1.3 培养基

2.2.1 细菌的生理生化特征鉴定

2.2.2 菌种鉴定和微生物菌系群落多样性的鉴定

2.2.3 石油烃含量的测定

2.2.4 生物表面活性剂CMC的测定

2.2.5 生物表面活性剂的红外光谱分析

3 菌株的筛选鉴定及生物表面活性剂的红外光谱分析

3.1.1 菌株筛选

3.1.2 菌种鉴定

3.2.1 混合菌的微生物多样性鉴定

3.2.2 产生物表面活性剂菌株的筛选

3.2.3 产表面活性剂菌株的鉴定

3.2.4生物表面活性剂产品的红外光谱分析

3.3 本章小结

4 菌株FDM1发酵条件优化

4.1.1菌体生长曲线测定

4.1.2菌株FDM1产生物表面活性剂的发酵条件优化

4.2 实验结果与讨论

4.2.1 碳源的影响

4.2.2 氮源的影响

4.2.3 pH的影响

4.2.4 温度的影响

4.2.5 正交试验

4.3 本章小结

5 生物表面活性剂强化石油烃降解实验

5.1 混合菌降解石油烃实验

5.1.1 实验方法

5.1.2 实验结果与讨论

5.2 接种FDM1对混合菌降解石油烃的影响

5.2.1 实验方法

5.2.2 实验结果与讨论

5.3 外加鼠李糖脂对混合菌降解石油烃的影响

5.3.1 实验方法

5.3.2 实验结果与讨论

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

作者简历