海藻裂解液强化修复滨海石油污染土壤研究

摘要

石油是现代社会中重要的能源和工业原材料，随着经济的飞速发展，石油及其产品的应用越来越广泛。近海石油资源的开采、石油的海上运输等环节造成大面积的滨海土壤被石油污染，而滨海土壤在海水浸渍的作用下常常趋于盐碱化。生物修复是消除环境中石油污染的最有效、应用最广泛的方法。然而，在滨海盐碱化的石油污染土壤中存在多种因素限制生物修复的应用。营养物质有效性低、比例失调导致微生物的繁殖与代谢受到了极大的抑制，降低了滨海盐碱化土壤的生物修复效果。因此在生物修复中常常需要向滨海盐碱土壤中投加营养物质以强化石油降解。目前使用最广泛的无机营养剂在促进石油降解的同时也存在成本高、持续性差、会带来二次污染等问题。近海大型海藻的水产养殖和工业加工过程中产生了大量富含纤维、蛋白质、碳水化合物等有机物的海藻废弃物，这些废弃物大多没有得到充分利用，增加了接收环境的压力。基于此，本研究提出以海藻废弃物为实验材料制备海藻裂解液，并利用海藻裂解液培养滨海土壤细菌制备具有石油降解性能的石油降解菌剂，用于滨海石油污染土壤的生物修复。这为滨海石油污染土壤的强化修复和海藻废弃物的资源化利用提供了新的思路。目前尚未有利用海藻裂解液强化生物修复滨海石油污染土壤的相关报道。 本文首先采用水热裂解工艺处理海藻废弃物，并进行工艺参数的优化，确定水热裂解的最优工艺条件为：水热温度160℃，水热时间120min，料水比（m/v）1:40，在此条件下制备海藻裂解液。海藻裂解液中含有总糖、还原糖、蛋白质、乙酸、氮磷无机盐等营养物质，且具有乳化性和表面活性。石油的液体摇瓶降解实验表明，滨海土壤细菌具有石油降解能力，以海藻裂解液作为滨海土壤细菌的生长基质可以有效促进石油的降解。之后，基于海藻裂解液培养滨海土壤细菌制备石油降解菌剂，在细菌浓度OD600=1.6，石油浓度为10000mg/L的条件下，进行石油的液体摇瓶降解实验，7d后石油降解率为62.4%。 其次考察了不同强化方式、不同投加比例（v/m）及不同石油污染程度对滨海石油污染土壤生物修复效果的影响。结果发现：海藻裂解液和石油降解菌剂可强化石油污染土壤的生物修复，且两者联合使用时修复效果最好；当海藻裂解液和石油降解菌剂的投加比例不超过10%时，提高投加比例可以显著促进石油的降解，而当投加比例超过10%时，石油降解率变化不大；当土壤石油污染程度在1000~5000mg/kg时，可取得最佳的修复效果，石油降解率在67%以上，最高可达70%，当污染程度大于5000mg/kg后，石油降解率开始下降。 最后在优化的修复条件下进行滨海石油污染土壤的生物修复，以海藻裂解液和石油降解菌剂为强化剂，按10%的投加比例分别投加到石油浓度为1970mg/kg的滨海石油污染土壤中进行修复。修复40d后发现，石油浓度由1970mg/kg降至498mg/kg，石油降解率为74.7%，土壤石油浓度基本达到了国家农业用地石油烃浓度的二级环境标准。海藻裂解液和石油降解菌剂能够提高土壤脱氢酶活性，促进石油的降解。海藻裂解液和石油降解菌剂还能够增加土壤有机质、铵态氮、有效磷、速效钾含量，在一定程度提高了土壤肥力。

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1 绪论

1.1 滨海石油污染土壤概述与研究现状

1.1.1 滨海土壤石油污染现状

1.1.2 石油污染对滨海土壤的危害

1.1.3 石油污染土壤的生物修复研究

1.1.4 生物修复研究方向

1.2 大型海藻概述与研究现状

1.2.1 大型海藻生物质资源简介

1.2.2 大型海藻的资源化利用

1.2.3 海藻废弃物的环境影响与应用现状

1.3 生物质水热技术概述

1.3.2 生物质水热处理技术

1.4 本论文研究目的、意义及技术路线

1.4.1 研究目的与意义

1.4.2 技术路线

2 实验部分

2.1 实验材料与仪器

2.1.1 实验用海带

2.1.2 实验用土壤

2.1.3 石油污染土的制备

2.1.4 培养基

2.1.5 实验试剂

2.1.6 实验仪器

2.2 实验分析方法

2.2.1 常规指标检测方法

2.2.2 总糖含量的测定

2.2.3 还原糖含量的测定

2.2.4 化学需氧量的测定

2.2.5 蛋白质含量的测定

2.2.7 乳化指数的测定

2.2.8 土壤石油含量测定

2.2.9 土壤铵态氮测定

2.2.10 土壤有效磷测定

2.2.11 土壤速效钾测定

2.2.12 土壤脱氢酶活性测定

3 海藻裂解液及石油降解菌剂的制备

3.1 海藻裂解液的制备

3.1.1 水热裂解海带工艺的参数优化

3.1.2 海藻裂解液成分和性质分析

3.1.3 海藻裂解液对石油降解的促进作用

3.2 石油降解菌剂的制备

3.2.1 降解菌剂的制备

3.2.2 降解菌剂的石油降解性能研究

3.3 本章小结

4 滨海石油污染土壤的生物修复研究

4.1 强化方式对修复效果的影响

4.1.1 强化方式对石油降解效果的影响

4.1.2 强化方式对土壤脱氢酶活性的影响

4.1.3 强化方式对土壤pH、电导率的影响

4.2 投加比例对修复效果的影响

4.2.1 投加比例对石油降解效果的影响

4.2.2 投加比例对土壤脱氢酶活性的影响

4.2.3 投加比例对土壤pH、电导率的影响

4.3 污染程度对修复效果的影响

4.3.1 污染程度对石油降解效果的影响

4.3.2 污染程度对土壤脱氢酶活性的影响

4.3.3 污染程度对土壤pH、电导率的影响

4.4 最优修复条件下的土壤修复效果

4.4.1 石油降解效果的变化

4.4.2 土壤脱氢酶活性的变化

4.4.3 土壤pH的变化

4.4.4 土壤电导率的变化

4.4.5 土壤有机质含量的变化

4.4.6 土壤铵态氮、有效磷、速效钾含量的变化

4.5 本章小结

5 结论