多环芳烃对生物滞留系统的影响及微生物的生态效应研究

摘要

目前利用生物滞留系统改善水环境污染问题的手段已被广泛认同，但是以往对生物滞留系统的研究主要集中在雨洪防治问题和常见的水质指标上，若能发规多环芳烃污染对生物滞留系统水质处理效果的影响及生物滞留装置对多环芳烃的去除效果，则可以为多环芳烃的污染修复提供一条绿色经济的道路。本文旨研究多环芳烃污染对生物滞留系统的影响和生态效应，并分离出高效降解多环芳烃的菌株，来解决多环芳烃的环境污染状况，主要结果如下：
　　（1）在重现期为2a的进水条件下，参考西安市降雨径流水质状况，研究了自然土填料、自然土+粉媒灰+火山石、自然土+粉煤灰三组不同填料对常见水质的去除情况，轻过为期3个月的进水实验，三组填科对CODcr、磷和氮素的去除率都随时间增加。而随着芘冲击次数的增加，不同填料对污染物的去除效果均发生改变，其中，在空白对照组中自然土+粉煤灰的填料对污染物的去除效果最好，CODc r的去除率达到67.71％，T N的去除率达到90.63%，TP的去除率达到85.76%。去除效果最差的是自然土填料组的冲击柱CODcr、TN、TP的去除率分别为27.21%，71.53%、75.21%。
　　（2）选取土壤中的脱氢酶、蔗糖酶、脲酶、多酚氧化酶、过氧化氢酶五种有代表性的酶来监测裝置中填料受芘的影响的状态变化。五种酶中，三组冲击反应柱冲击后的脲酶、蔗糖酶、过氧化氧酶与空白反应柱相比活性均有下降，说明芘对这几种酶都有抑制作用，而多酚氧化酶主要由植物的根茎产生，本实验中未检测出多酚氧化酶的含量可能与本系统中没有种植植物有关。
　　（3）以蔡、蒽、芘为外加碳源，从西安理工大学受多环芳烃污染的土样中成功筛选出能够高效降解多环芳烃的混合菌群，通过富集、驯化、筛选从菌群中分离出3株可培养多环芳烃降解菌。经生理生化性质试验、API试剂条检测、16SrDNA基因文库测序分析及系统发育树构建，最终鉴定出3种菌株分别为 Achromobacter sp. ZH24(HM103344)（节细菌属）、Stenotrophomonas maltophilia strain T215（寡养单胞菌属）、Pseudomonas taiwanensis strain P5（铜绿假单胞菌属）。在降解反应的第25天时菌种S12对初始浓度为5mg/L芘的降解率达36.12%，菌种S22的降解率达36.47%，菌种S32的降解率则为31.17%。
　　（4）在分子生物学层面上对装置内的土壤样品的高通量测序结果表明，所有土壤样晶中最丰富时门是变形菌门（Proteobacteria），其中β-变形菌纲（β-Proteobacteria）所占丰皮最高，最丰富的目为伯克氏菌目（Burkholderiales），相对丰度较高的5个科为毛单胞菌科（Comamonadaceae）、草酸杆菌科（Oxalobacteraceae）假单胞菌科（Pseudomonadaceae）、黄单胞菌科（Xanthomonadaceae）和芽孢杆菌科（Bacillaceae）。四个优势属为产，产碱菌属（Azohydromonas）、假单胞菌属（Pseudomonas）、从毛单胞菌属（Comamonadaceae）和草酸杆菌属（Oxalobacteraceae）。不同填料的优势菌属的占比也略有差异，其中自然土和自然土+粉煤灰+火山石的填料组优势菌属的分布比较相似。同时在结构分析中发现，优势菌种的丰度随着芘冲击的时间增加而升高，表明，经过芘的冲击和影响，系统中填料中的微生物菌群形成了以PAHs降解菌为优势的群落结构。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 生物滞留系统去除城市地表径流中PAHs的研究进展

1.3 微生物分子生态学技术及生物修复技术的研究进展

1.4 研究内容与特色及创新之处

2 多环芳烃污染对生物滞留系统影响效果分析

2.1 材料与方法

2.2 试验方案

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

3 多环芳烃污染对生物滞留系统中酶的生态效应研究

3.1 生物滞留系统中微生物酶活的测定

3.2 结果及分析

3.3 本章小结

4 高效多环芳烃降解菌株的筛选、鉴定和降解效率

4.1 实验试剂与仪器

4.2 实验方法

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

5 多环芳烃对生物滞留系统中微生物群落结构的影响分析

5.1 生物滞留系统中微生物群落结构分析的原理及实验流程

5.2 材料与方法

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

6.1 结论

6.2 研究展望

致谢

参考文献

附录