耐低溫混合菌的固定化及其對多環(huán)芳烴污染土壤的修復(fù)研究

發(fā)布時間：2020-08-16 20:16

【摘要】：微生物的降解是去除PAHs的主要途徑,但是游離菌會面臨土著菌的競爭、中間代謝產(chǎn)物的毒害、環(huán)境條件惡劣等問題,導(dǎo)致降解菌的存活率變低、單位體積內(nèi)降解菌的密度變小、從而使得PAHs降解速率變慢,而固定化技術(shù)恰恰克服了以上弊端。為了實現(xiàn)微生物固定化技術(shù)修復(fù)北方寒冷地區(qū)受PAHs污染的凍融土壤的大規(guī)模推廣和應(yīng)用,耐低溫高效PAHs降解菌的篩選和固定化載體的選擇是關(guān)鍵,其次是固定化方法的選擇。本文選用本課題組前期已篩選的耐低溫PAHs降解細(xì)菌5株(J4,L1,L2,S3,S4),研究其對土壤中菲(Phe)、芘(Pyr)、苯并[a]芘(Bap)的降解,并采用Michaelis-Menton和Monod動力學(xué)模型對降解結(jié)果進(jìn)行擬合,得到耐低溫高效PAHs降解細(xì)菌3株(J4、L1、S4)。將其與2株真菌(J7、S1)進(jìn)行排列組合,得到6組混合菌(J4J7、L1J7、S4J7、J4S1、L1S1、S4S1),篩選出最優(yōu)混合菌(S4J7)并鑒定。選取玉米芯、花生殼、蛭石和泥炭土作為供試載體,篩選最佳固定化載體材料,優(yōu)化并確定固定化工藝。通過實驗室的模擬實驗,研究固定化微生物對PAHs污染土壤的修復(fù)能力,通過環(huán)境因素的試驗明確固定化混合菌的最適條件,最后通過掃描電鏡(SEM)分析,對固定化修復(fù)機制進(jìn)行了初步探討。主要結(jié)論如下:(1)單菌中S4對于Phe的降解效果最好,60 d可降解59.18%的Phe;對于高環(huán)的Pyr,兩株真菌的降解效果略顯優(yōu)勢,J7可降解38.11%的Pyr;兩株真菌J7、S1對Bap的降解效果優(yōu)于細(xì)菌,去除率分別為28.26%、25.47%。(2)從降解率、降解速率、動力學(xué)方程3個指標(biāo)來看,大部分混合菌在低溫條件下對土壤中PAHs的降解效果優(yōu)于單菌。其中,混合菌S4J7對高環(huán)的Pyr、Bap的降解效果略優(yōu)于真菌S1,細(xì)菌S4,60 d后可降解37.15%的Pyr和27.41%的BaP。經(jīng)鑒定細(xì)菌S4為假單胞菌(Pseudomonas sp.SDR4);真菌J7為高山被孢霉(Mortierella alpina sp.JDR7)。(3)以玉米芯(Y)、花生殼(H)、蛭石(Z)和泥炭土(N)作為供試載體,吸附固定化混合菌S4J7(h),60 d后對土壤中PAHs的去除率高低順序為:Z-hY-hH-hN-hh,其中Z-h和Y-h無顯著性差異,可分別降解64.38%和58.49%Phe,48.71%和45.91%的Pyr,40.19%和37.07%的BaP。(4)固定化混合菌10%~15%的菌接種量最接近于實際應(yīng)用;Y-S4J7對PAHs的最佳降解溫度為10℃;含水量為最大田間持水量的20%~60%時,降解效果更好;當(dāng)PAHs初始濃度為30 mg·kg~(-1)時,Y-S4J7對其利用最充分,降解效果最好。(5)在土著菌存在的情況下,游離菌占有絕對優(yōu)勢,經(jīng)固定化混合菌處理效果更好。60 d后,對Phe、Pyr、BaP的殘余率僅分別為41.51%,54.09%和62.93%。(6)通過SEM掃描電鏡觀察,載體玉米芯上的菌絲更繁密,細(xì)菌隨菌絲的生長而移動,發(fā)揮細(xì)菌-真菌協(xié)同作用,對PAHs的降解表現(xiàn)出了較大的優(yōu)勢。另外,玉米芯在北方地區(qū)來源廣泛,無毒,并且具有一定的可生物降解性,利于微生物的生長。所以,可選取玉米芯作為混合菌固定化的載體,修復(fù)北方寒冷地區(qū)凍融交替條件下PAHs污染土壤。
【學(xué)位授予單位】：遼寧大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X172;X53
【圖文】：

多環(huán)芳烴,土壤,不完全燃燒

環(huán)境部長(CCME)[5] 的濃度分< 100 A 級為清潔土壤 80%100~1000 B 級為輕微污染(或需對其進(jìn)一步調(diào)查)土壤20%> 1000 C 級為污染(或需進(jìn)行緊急處理)土壤多環(huán)芳烴的概述多環(huán)芳烴的來源環(huán)芳烴來源于有機物的不完全燃燒，分為自然源和人為源，如圖 0-1 所然源產(chǎn)量少，環(huán)境自凈就能達(dá)到去除的目的，人為污染產(chǎn)生的 PAHs 在主導(dǎo)地位。另外，大氣中的 PAHs 又可通過雨、雪等降落到土壤中，進(jìn)壤；工業(yè)、生活污水，汽車尾氣等也會導(dǎo)致土壤污染問題[7]；在北方的不完全燃燒所占比重較大，石油的泄露在土壤 PAHs 的來源中也占一[8]。由于人類活動而產(chǎn)生顆粒物釋放到大氣中，但最終差不多都要降，因而，在大氣污染嚴(yán)重的地區(qū)，其土壤中 PAHs 的濃度也較大。

過程圖,微生物氧化,過程,芳烴

植物-微生物降解高效、環(huán)境友好和修復(fù)成本低，對植物要求高0.3.2 微生物修復(fù)技術(shù)微生物降解PAHs的基本過程如圖0-3所示：PAHs 經(jīng)兩種途徑進(jìn)入微生物細(xì)胞中，一種是真菌加氧氧化生成芳烴氧化物，之后再失氧變成酚類；另一種是加兩個氧原子，從而生成芳烴過氧化物。PAHs降解以有氧氧化為主，最終生成H2O和CO2[19]。

耐低溫混合菌的固定化及其對多環(huán)芳烴污染土壤的修復(fù)研究