【摘要】：海洋及其近岸環(huán)境中的石油勘探、開發(fā)以及儲運(yùn)等活動日趨活躍,正飽受溢油污染的威脅。隨著重質(zhì)油開發(fā)與利用強(qiáng)度的加大也顯著增加了重質(zhì)油泄漏的發(fā)生概率。重質(zhì)油富含膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等重質(zhì)組分,并以難生物降解的多環(huán)芳烴類為特征污染物,因此重質(zhì)油污染海岸線的修復(fù)難度非常大。本研究從重質(zhì)油污染特性及海岸線環(huán)境特點(diǎn)出發(fā),成功構(gòu)建耐鹽重質(zhì)油降解菌群,應(yīng)用于潮間帶微生物修復(fù)以及高鹽土壤的植物-微生物聯(lián)合修復(fù),通過對修復(fù)條件的優(yōu)化、降解特性的考察以及修復(fù)機(jī)制的探索,取得以下主要成果:(1)以大連新港溢油污染海岸線環(huán)境樣品為菌源,通過降解效率、反應(yīng)動力學(xué)以及耐鹽等性能考察確定3株重質(zhì)油降解優(yōu)勢菌種:Achromobacter xylosoxidans、Ochrobactrum anthropic以及Sphingobacterium mizutaii,其中后者為首次報道。3株菌種在重質(zhì)油降解過程中均伴隨明顯的乳化;均可利用正十六烷及多環(huán)芳烴類(萘、菲、蒽、熒蒽、芘以及?)為單一碳源生長;耐受鹽度高達(dá)10%。以上述優(yōu)勢菌株構(gòu)建復(fù)合菌群XG-349,重質(zhì)油降解效率由單菌的40%~50%提高至60%,降解過程符合一級動力學(xué)方程(反應(yīng)速率常數(shù)0.0842 d-1,降解半衰期8.2天)。最優(yōu)降解條件為鹽度3.5%、pH 8.0、溫度25℃。(2)設(shè)計和構(gòu)建了潮間帶沉積物柱體模擬實(shí)驗裝置,系統(tǒng)開展了重質(zhì)油污染生物修復(fù)效果和機(jī)制的室內(nèi)研究。菌群XG-349在重質(zhì)油污染沉積物中經(jīng)過短暫適應(yīng)后快速增殖,微生物數(shù)量與酶活性顯著增加;但限于營養(yǎng)匱乏和海水沖刷,菌群退化較快,30日內(nèi)去除38.2±2.2%的總石油烴。施加溶解性營養(yǎng)(尿素+KH2PO4)有利于修復(fù)的快速啟動,但隨著營養(yǎng)的快速流失,30日總石油烴去除率僅微增至41.4±1.5%,修復(fù)效果未見明顯改善。而Osmocote緩釋肥在海水的沖刷、稀釋下能在沉積物中保持較高的氮磷濃度,微生物數(shù)量、酶活性在修復(fù)周期內(nèi)均維持較高水平,30日總石油烴去除率達(dá)到51.3±2.0%。(3)設(shè)計并構(gòu)建了潮間帶環(huán)境池體模擬系統(tǒng),在較大尺度下開展了重質(zhì)油污染生物修復(fù)效果評價及其作用機(jī)制研究。在30日內(nèi),單獨(dú)投加菌群XG-349(BioA)對總石油烴去除率達(dá)到42.8±2.7%,顯著高于自然衰減(NA;22.8±3.8%);施加溶解性營養(yǎng)(BioA+SN)使得總石油烴去除率微升至48.2±2.4%;而施加Osmocote緩釋肥(BioA+SRF)則維持了長效的降解活性,總石油烴去除率顯著增至57.6±3.4%。BioA提高了對正構(gòu)烷烴總量的去除率(63.8±6.2%),但對高碳數(shù)正構(gòu)烷烴去除能力較弱;相對于BioA+SN(74.2±4.1%),BioA+SRF去除了更多正構(gòu)烷烴(82.8±5.7%),而且促進(jìn)了C20長鏈正構(gòu)烷烴的降解。相對于NA(59.3±1.7%),BioA去除了74.0±4.7%的多環(huán)芳烴總量,而且對C2-芘、C3-芘、苯并[e]芘以及傒等大分子多環(huán)芳烴類的降解能力明顯改善。BioA+SN、BioA+SRF的營養(yǎng)條件更優(yōu),促進(jìn)了易降解C2-芴及菲系物的代謝,得以提高多環(huán)芳烴總量去除率(81.0±3.5%、85.5±4.2%),但是限于高稠合度、高疏水性以及烷基側(cè)鏈的空間位阻效應(yīng),大分子多環(huán)芳烴類的降解并未在BioA+SN、BioA+SRF中改善。(4)高羊茅因其對重油污染含鹽土壤的抗逆性和TPHs的高去除率而用于植物(PhytoR)及植物-微生物聯(lián)合修復(fù)(PhytoR+BioA)。海岸含鹽土壤的盆栽修復(fù)實(shí)驗表明,BioA、PhytoR以及PhytoR+BioA對總石油烴的去除率分別達(dá)到58.9±2.6%、52.6±2.3%和67.35±2.7%。PhytoR+BioA體系的高微生物數(shù)量和酶活性強(qiáng)化了降解。BioA、PhytoR以及PhytoR+BioA對重油特征組分PAHs的去除率分別達(dá)到78.4±4.9%、92.5±5.1%以及94.8±5.8%。PhytoR+BioA的根際效應(yīng)使其獲得了對PAHs總量及HMW PAHs強(qiáng)降解能力。BioA、PhytoR以及PhytoR+BioA野外修復(fù)實(shí)驗分別獲得了47.2±2.6%、42.2±2.6%以及56.9±2.7%的總石油烴去除率。菌群Consortium XG-349在重油污染含鹽土壤的生物修復(fù)中的應(yīng)用獲得初步成功,為海岸線溢油污染的修復(fù)提供了有益的參考。
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X172;X55

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