矿化垃圾强化微生物修复芘污染土壤研究

摘要

随着石油及其加工品使用量的增加，在石油的开采、精炼、运输、燃烧过程中产生的大量的多环芳烃(PAHs)已成为一类广泛分布于环境中的、最常见的疏水性难降解的有机化合物。多环芳烃污染土壤的修复一直是专家和学者研究的热点问题。而矿化垃圾是一种性能非常优越的生物介质，可以为降解土壤中的污染物提供优良的微生物生存环境，适合降解土壤中有机物污染物。因此，本文选取芘为土壤污染物，通过资料收集、室内模拟实验和数据分析，研究矿化垃圾对不同浓度的芘污染土壤的修复效果以及矿化垃圾强化微生物修复芘污染土壤的作用机制，为矿化垃圾强化微生物修复PAHs污染土壤提供理论依据和技术支持。
　　本文主要研究成果如下:
　　1、矿化垃圾对不同浓度芘污染土壤的修复实验表明:(1)各浓度芘污染土壤中芘的降解动力学符合一级动力学，当土壤中芘的初始浓度为200mg/kg时，降解率和降解速率常数最大，半衰期最短，降解速率常数和半衰期分别为0.0252d-1、27.51d;(2)不同浓度的芘对土壤FDA水解酶的活性均无明显影响;当土壤中的芘初始浓度为400mg/kg时，多酚氧化酶活性明显受到抑制;(3)不同浓度的芘对小麦种子的生长均存在一定的毒性作用，对小麦种子发芽率无明显影响;修复前期，小麦种子的根伸长抑制率与茎伸长抑制率均与芘的浓度呈正相关;从小麦种子生态毒性指标来看，当芘的初始浓度为200mg/kg时，矿化垃圾对土壤修复效果最理想。(4)200mg/kg是本实验矿化垃圾修复芘污染土壤的最适浓度。
　　2、不同处理芘污染土壤的实验表明:(1) CK3组（加入矿化垃圾）与CK2组（加入灭菌矿化垃圾）土壤中FDA水解酶和多酚氧化酶的活性均高于CK1组（纯污染土壤）和CK4组（加入外源营养物），且CK3组土壤中FDA水解酶的活性高于CK2组，说明矿化垃圾中的微生物对土壤FDA水解酶活性有显著的提高作用;(2)修复前后，四个处理组小麦种子的发芽率均无变化，说明矿化垃圾的加入并没有影响小麦种子的发芽率;修复前CK3组的根伸长抑制率和茎伸长抑制率明显低于其他处理组，并且均表现出对根和茎伸长的促进作用，发芽指数也均高于其他处理组，说明矿化垃圾在修复初期就表现出了对土壤毒性的降低作用，根和茎的生长也对矿化垃圾土壤体系表现出适应的状态;(3)CK3组芘的降解率和降解速率常数高于其他处理组，半衰期最短。(4)矿化垃圾的加入明显改变了微生物的群落结构，增加了细菌、真菌及微生物的总数，提高了细菌群落的丰富度和多样性，但降低了真菌群落的丰富性和多样性，对真菌的群落结构无太大影响。
　　本研究可拓宽土壤有机污染修复的思路和途径，并为芘污染土壤修复提供指导。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 论文的研究目标和研究内容

1．2．1 研究目标

1．2．2 研究内容

1．3 论文采取的研究方法、技术路线及其创新性

1．3．1 研究方法

1．3．2 技术路线

1．3．2 论文创新性

第2章 国内外研究现状

2．1 多环芳烃

2．1．1 多环芳烃的理化性质

2．1．2 多环芳烃的污染现状

2．1．3 多环芳烃的毒性特征及危害

2．2 多环芳烃污染土壤修复的国内外研究现状

2．2．1 生物刺激

2．2．2 表面活性剂增溶修复

2．2．3 生物联合修复

2．2．4 固定化微生物技术

2．2．5 筛选或培育出具有更高PAHs降解能力的微生物

2．3 矿化垃圾的特性

2．4 矿化垃圾的综合利用

2．4．1 矿化垃圾处理废水

2．4．2 矿化垃圾与绿色植物废弃物改良盐碱土

2．4．3 用作填埋场日覆材料

第3章 试验方案与设计

3．1 实验材料

3．1．1 供试土壤和矿化垃圾

3．1．2 主要实验药品和试剂

3．2 实验设计

3．3 实验采样

3．4 实验方法

3．4．1 芘含量测定

3．4．2 FDA水解酶活性测定

3．4．3 多酚氧化酶活性测定

3．4．4 生态毒性的测定

3．4．5 微生物多样性的测定

第4章 矿化垃圾对不同浓度芘污染土壤的修复效果分析

4．1 引言

4．2 不同浓度的芘污染土壤中酶活性的变化分析

4．2．1 FDA水解酶

4．2．2 多酚氧化酶

4．3 不同浓度芘污染土壤修复前后生态毒性的变化分析

4．3．1 发芽率

4．3．2 根伸长抑制率

4．3．3 茎伸长抑制率

4．3．4 发芽指数

4．4 芘的降解率和降解动力学方程

4．5 小结

第5章 矿化垃圾强化微生物修复芘污染土壤的效果和作用机制分析

5．1 引言

5．2 修复期内土壤中酶活性的变化分析

5．2．1 FDA水解酶

5．2．2 多酚氧化酶

5．3 修复前后土壤生态毒性的变化分析

5．3．1 发芽率

5．3．2 根伸长抑制率

5．3．3 茎伸长抑制率

5．3．4 发芽指数

5．4 微生物多样性分析

5．4．1 土壤生物群落结构分类学鉴定

5．4．2 土壤细菌和真菌群落结构多样性分析

5．4．3 土壤中微生物的总量分析

5．5 修复期内芘的降解率及降解动力学方程

5．6 小结

结论与展望

致谢

参考文献