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土壤柴油污染物微生物降解强化技术研究

陆泗进  
【摘要】: 由于石油类具有较高的生物学毒性、在环境中的残留时间较长、产量大,因此如何对受其污染的环境进行有效修复日益受到社会关注。生物修复具有费用省、可现场处理污染土壤或水体、能够最大限度地降低污染物浓度和环境负面影响小等多重优势,因而非常适合我国目前的实际需要。为此,本研究以柴油为典型污染物,从油污染土壤中分离筛选高效降解菌株,以最大程度提高菌株在降解体系中的活性及降解能力为导向,既研究内因――如何最大程度强化菌株自身的能力,也考虑外因――如何使污染物状况和环境条件更适合菌株降解,深入、系统探讨各影响因子、环境条件及强化技术等对微生物降解的影响。具体结果如下: 采用富集培养方法,从2份长期受油类污染的土样中分离得到3株高效柴油降解菌,命名为Q10、Q14和Q18。经形态特征及生理生化特征鉴定,菌株Q10、菌株Q14和菌株Q18依次归为假单胞菌属(Pseudomonas sp.)、黄杆菌属(Flavobacterium sp.)和红球菌属(Rhodococcus sp.)。其适宜生长的温度、pH和底物浓度分别为30℃、7.0和1000 mg -1L。其中菌株Q18具备一定的生物表面活性剂产生能力,可使表面张力下降31.9mN/m。通过紫外线照射和氯化锂诱变等方式,对菌株Q18进行诱变处理,得到2种柴油降解效果最好的诱变菌株QY1和QY4,其分别能够降解培养液中47.5%和52.2%的柴油。 为了组合高效降解菌群,实验依据柴油污染物组成情况,将分离出来的菌株分别以烷烃为唯一碳源、环烷烃为唯一碳源,以及以多环芳烃为唯一碳源进行驯化培育(经驯化培养后的菌株分别记为Q8ˊ、Q9ˊ、Q10ˊ、Q11ˊ、Q14ˊ、Q15ˊ、Q17ˊ、Q18ˊ和QY4ˊ),并结合GC-MS技术,考虑到了各菌株的优势互补,将有不同降解功能的菌株Q10ˊ、菌株Q14ˊ、菌株Q18ˊ和菌株QY4结合在一起组成的菌群4,其对柴油具有最高的降解率(62.1%)。而分别由菌株Q8ˊ Q14ˊ Q15ˊ和QY4ˊ以及菌株Q11ˊQ14ˊQ18ˊ和QY1ˊ任意组合成的菌群5和菌群6对柴油的降解并不理想,最低的甚至低于单一菌株,仅为33.7%,这可能是菌株对柴油某一组分竞争利用造成的。 采用鼠李糖脂、TW-80、TX-100、SDS作为生物强化剂对柴油进行了生物降解试验。通过测定柴油降解率和菌株数量,结果表明表面活性剂都能不同程度增强柴油的生物可利用性,拓宽菌株的降解范围,强化菌株降解柴油。作为化学合成的表面活性剂Tween-80具有很好的增溶和乳化作用,其毒性和临界胶束浓度也较小,是较为理想的表面活性剂。而生物表面活性剂鼠李糖脂尽管作用更加明显,但其较高的成本,可能会限制其的广泛应用。 通过在微生物降解体系中种植苜蓿、芥菜对模拟柴油污染土壤进行了微生物降解试验。结果表明,与菌株单独降解相比,复合植物苜蓿,芥菜后菌株Q10、Q14及Q18对土壤中柴油污染物降解能力均有不同程度的提高。通过植物过氧化氢酶活性、菌株数量以及PCR-DGGE等技术分析,表明在本实验条件下,苜蓿和芥菜都不能有效降解柴油污染物,苜蓿和芥菜可能主要起到改善土壤环境、活化菌株数量的作用。苜蓿和芥菜强化菌株降解能力上并不相同,在砂土中,苜蓿强化菌株Q18降解柴油的能力强于芥菜;而在砂壤土和粘土中,芥菜强化菌株Q18降解柴油的能力强于苜蓿。


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