收藏本站
《吉林大学》 2017年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

苯胺降解菌在含水层中的迁移机制及污染修复效能研究

曲丹  
【摘要】:随着城市化和社会经济的高速发展,污染物的泄漏导致地下水的严重污染,特别是有机污染普遍存在,对人类饮用水安全构成了严重的威胁。苯胺是现代农业、医药和化工产品的常用原料,应用范围非常广泛,对地下水的污染比较普遍。由于苯胺对人体具有毒性、致癌、致突变性和在环境中的持久性,苯胺污染地下水的防治受到了人们的普遍关注。在苯胺污染地下水修复方法中,物理修复技术能耗及处理成本高,化学修复技术则易对环境造成二次污染,而原位生物修复技术由于其相对经济、有效和环境友好且易和多种修复手段联合应用等特点,具有明显优势。其中,生物强化可通过向地下环境中注入外源降解菌,达到缩短修复时间、提高修复效率的目的。但是,实际修复中往往由于外源降解菌在投加到场地后活性和数量大幅度降低,导致生物强化失败。所以,外源降解菌在地下环境中的存活和迁移对生物强化至关重要。本论文通过研究含水层中的降解菌存活、降解菌迁移和生物强化修复效率三者之间的关系,为实际生物强化原位修复苯胺污染地下水提供理论基础。通过之前的研究表明,Pseudomonas migulae AN-1是一株适冷、高效的苯胺降解菌,其在低温下的降解性能已经清楚,降解条件也被优化,但AN-1在地下环境中的存活、迁移和对苯胺污染含水层的修复效能尚未明确。本论文研究了AN-1在含水层中存活和迁移的相关性能;构建了一种新的绿色荧光蛋白(Green fluorescent protein,GFP)标记结合光投射技术的方法体系,直观并实时监测了降解菌在模拟含水层中的迁移,首次实现了无扰动同时捕捉游离菌和附着菌的迁移动态,揭示了降解菌在含水层中的迁移机制,对明确修复范围及强化调控生物修复具有重要的指导意义;运用皂素对降解菌在含水层中的迁移进行强化,通过研究AN-1—液体—固体介质三者的表面热力学性质、界面表面能、吉布斯自由能和DLVO相互作用能,进一步阐明了皂素强化迁移的机理,为强化生物修复和缓解生物堵塞在理论和技术上奠定了基础;考察并验证了AN-1在模拟苯胺污染含水层中的存活、迁移和修复效能,建立了一套较为完整的原位生物修复苯胺污染地下水技术体系,对实际修复具有重要参考价值。通过上述研究,本论文主要得出以下结论:⑴AN-1在含水层中存活和迁移的相关特性AN-1可适应苯胺浓度的变化,自动调节自身的细胞膜通透性、疏水性和自聚集性。AN-1具有附着成膜能力,且AN-1形成的生物膜也具有较好的苯胺降解及抗苯胺冲击性能。地下水中的Ca2+和SO42-(≥5 m M)对AN-1成膜有促进作用,Fe2+有抑制作用。⑵AN-1在含水层中的迁移机制采用GFP标记结合光透射技术,无扰动同时捕捉了模拟含水层中游离菌和附着菌的迁移动态,直观并定量的揭示了AN-1在含水层中的迁移机制,即降解菌在含水层中的迁移受自身生物特性和地下水对流、弥散的共同作用,为生物因素和水文地质因素共同影响。(1)降解菌迁移速度:AN-1迁移速度比地下水流速快,且含水层介质粒径越小,对AN-1迁移速度促进越大,AN-1迁移越快。(2)降解菌迁移能力:含水层介质粒径越大、地下水流速越快、地下水中离子强度越小、溶解性有机质越多,AN-1在饱和多孔介质中的质量回收率就越大,沉积速率系数越小,越易在含水层中迁移。其中,相同离子强度、相同阴离子,二价阳离子比一价阳离子对AN-1迁移的抑制作用大;相同离子强度、相同阳离子,二价阴离子比一价阴离子对AN-1迁移的抑制作用小。(3)降解菌迁移动态:对于菌羽的初始形状,菌羽在中砂中沿注入井形成一条窄带,在粗砂中于注入井下半部形成一个椭球;对于菌羽的面积,与时间呈线性关系,而且在相同降解菌注入量、相同时间内、相同地下水流速条件下,中砂中的面积大于粗砂;对于菌羽的范围,从注入井至降解菌羽锋面,可形成连续的微生物带,包括游离菌羽区域和后方的附着菌区域,对明确修复范围及强化调控生物修复具有重要的指导意义。⑶AN-1在含水层中迁移的强化皂素对AN-1无毒害作用。当0.1%、0.3%或0.5%皂素存在时,AN-1对苯胺的降解速率比无皂素时略高,生物量略大。确立了0.1%为皂素冲洗溶液的最佳浓度,该浓度下AN-1—液体—固体介质三者构成体系的界面表面能最小、吉布斯自由能最大、细菌截留量最小。采用0.1%皂素溶液冲洗的方法(不用皂素对AN-1进行预处理,直接注入含水层,再用0.1%皂素溶液进行冲洗),是强化AN-1在含水层中迁移最经济、最有效的方式。该技术方法可使AN-1在含水层中发生有效的二次迁移,进一步扩大潜在的生物强化修复范围。离子不影响皂素对AN-1的促迁移作用。当皂素与离子共存时,与离子单独存在相比,皂素显著提高了AN-1与介质颗粒之间的能量壁垒,基本消除了离子对AN-1迁移的抑制作用,促进了AN-1在饱和多孔介质中的迁移。⑷AN-1修复模拟苯胺污染含水层在模拟苯胺污染含水层中,AN-1能够较好的存活,表现出良好的降解性能,并可维护土著微生物群落结构,使种群适应苯胺的冲击。从注入井至降解菌羽锋面,可形成连续的微生物反应带,有效的修复范围包括游离菌羽区域和后方的降解菌附着区域。当降解菌在污染含水层中注入时,降解菌会大量附着生长并聚集在注入井的附近,虽然该区域对苯胺的降解速率较大,为主要降解区域,但可能会形成潜在的生物堵塞。降解菌聚集区域会随水流缓慢向下游运移、扩大,并伴随游离细胞的不断剥落、随水流向下游迁移。AN-1对模拟苯胺污染含水层具有良好的生物强化修复效能。本论文的主要创新体现在:构建了一种新的GFP标记结合光投射技术的方法体系,直观并实时监测了降解菌在模拟含水层中迁移,实现了无扰动同时捕捉游离菌和附着菌的迁移动态,首次直观的揭示了生物强化的有效修复范围;建立了一种新的运用皂素强化降解菌在含水层中迁移的技术方法,具有相对经济、有效且环境友好的特点,并阐明了其强化机理;首次验证了高效苯胺降解菌Pseudomonas migulae AN-1在模拟苯胺污染含水层中的存活、迁移和修复效能,系统且全面的研究了含水层中降解菌存活、降解菌迁移和生物强化修复效率三者之间的内在关系。综上所述,本论文为实际生物强化原位修复苯胺污染地下水奠定了理论基础,对实际工程应用具有重要的指导意义。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:X172

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨震,唐学玺,宫相忠,方芳,吕文涛;褐藻酸降解菌引起海带病烂的组织学研究[J];海洋科学;2000年12期
2 吕凤霞,顾振新,方维明,汪志君;苦味苷降解菌的分离鉴定及其生长特性的研究[J];食品科学;2003年03期
3 刘新,尤民生,蔡志成,廖金英,魏英智;土壤中毒死蜱降解菌的诱发和持效期研究[J];生态学杂志;2004年01期
4 臧瑞玲;胡晓芳;印春生;蔡伟民;王艳;;农田土壤中辛基酚聚氧乙烯醚降解菌的分离[J];环境科学与技术;2006年04期
5 吴智诚;佘晨兴;马秀玲;陈盛;;机油降解菌的分离、筛选和鉴定[J];福建轻纺;2006年10期
6 秦华;林先贵;尹睿;陈瑞蕊;张华勇;王俊华;;接种降解菌对土壤中邻苯二甲酸二异辛酯降解的影响[J];应用与环境生物学报;2006年06期
7 张祥胜;熊涛;;烃降解菌研究进展及低能离子束应用于诱变育种的设想[J];安徽农业科学;2007年32期
8 刘艳锋;周作明;李小林;荆国华;方柏山;;芘降解菌的分离纯化及其降解性能测定[J];华侨大学学报(自然科学版);2008年02期
9 王基成;张秀霞;房苗苗;吴伟林;赵朝成;鲁军;;两株吡啶降解菌的分离与鉴定[J];生态环境;2008年01期
10 张秀霞;王基成;吴伟林;房苗苗;鲁军;;一株喹啉降解菌的分离与鉴定[J];农业环境科学学报;2008年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 臧瑞玲;鲁春辉;胡晓芳;印春生;蔡伟民;王艳;;非离子表面活性剂辛基酚聚氧乙烯醚降解菌的分离[A];第二届全国环境化学学术报告会论文集[C];2004年
2 D.J.Vaccal;W.F.Bleam;W.J.Hickey;霍炜洁;于江;;土壤中腐植酸吸附菲的降解菌的分离[A];第六届全国绿色环保肥料新技术、新产品交流会论文集[C];2006年
3 王荣;张颖;任瑞霞;李慧;王新新;史荣久;徐慧;;利用载体吸附富集方法筛选土壤中芘降解菌的研究[A];第十次全国环境微生物学术研讨会论文摘要集[C];2007年
4 赵平芝;李小会;张玲;朱晓飞;王睿勇;;溴甲烷降解菌的富集培养和分离筛选[A];2008年中国微生物学会学术年会论文摘要集[C];2008年
5 李体文;魏朝俊;贾临芳;赵建庄;;丙环唑降解菌筛选的初步研究[A];农业环境与生态安全——第五届全国农业环境科学学术研讨会论文集[C];2013年
6 赵东岳;李勇;丁万隆;刘敏;;人参自毒物质降解菌的筛选及其降解特性的初步研究[A];海峡两岸暨CSNR全国第十届中药及天然药物资源学术研讨会论文集[C];2012年
7 赵野;邓新平;胡国胜;;土壤中乙草胺降解菌的培养和筛选[A];庆祝重庆市植物保护学会成立10周年暨植保科技论坛论文集[C];2007年
8 王中华;梁静儿;杨建强;周君;李成华;李太武;;原油微生物群落构成及降解菌降解特性的研究[A];2013中国环境科学学会学术年会论文集(第八卷)[C];2013年
9 李宝庆;鹿秀云;李社增;马平;;甲醇降解菌的筛选、鉴定及其特性研究[A];第二届全国农业环境科学学术研讨会论文集[C];2007年
10 王新新;白鹤;李辰;赵丽彬;吴亮;韩增;安伟;陈宇;;耐盐烃降解菌基因组学研究进展[A];2014中国环境科学学会学术年会(第十、十一章)[C];2014年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 本报记者 王秋蓉;极地微生物研究六年终成正果[N];中国海洋报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 胡桂萍;氟氯氰菊酯降解菌FLQ-11-1分离鉴定、降解特性及降解机理[D];福建农林大学;2014年
2 刘芳明;3 株南极海洋石油烃低温降解菌(Shewanella sp.NJ49、Pseudoalteromonas sp.NJ289和Planococus sp.NJ41)基因组学及比较研究[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2016年
3 靳竞男;多环芳烃降解菌的筛选及基于靶标酶结构的降解机制研究[D];北京科技大学;2017年
4 曲丹;苯胺降解菌在含水层中的迁移机制及污染修复效能研究[D];吉林大学;2017年
5 袁军;印度洋深海多环芳烃降解菌的多样性分析及降解菌新种的分类鉴定与降解机理初步研究[D];厦门大学;2008年
6 许敬亮;多菌灵降解菌的分离、鉴定及其降解特性研究[D];南京农业大学;2006年
7 马静;多环芳烃降解菌的筛选、降解机理及降解性能研究[D];大连理工大学;2013年
8 侯颖;芳氧苯氧丙酸类和氯乙酰胺类除草剂降解菌的分离鉴定、降解基因克隆表达及其代谢途径研究[D];南京农业大学;2011年
9 宋立超;盐土多环芳烃降解菌筛选分离及其污染修复应用基础研究[D];沈阳农业大学;2011年
10 骆苑蓉;多环芳烃降解菌的降解特性与降解途径研究[D];厦门大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵永斌;3种四环素类抗生素降解菌的筛选及降解特性的研究[D];山西农业大学;2015年
2 吕勃熠;芳香烃降解菌的分离、鉴定及性质研究[D];天津理工大学;2015年
3 郑瑞雨;渤海湾中柴油降解菌的降解性能及其固定化研究[D];燕山大学;2015年
4 张顺;二氯喹啉酸降解菌筛选、鉴定和应用研究[D];中国农业科学院;2015年
5 黄现恩;几株微囊藻毒素降解菌和溶藻菌的分离鉴定及作用效果[D];苏州大学;2015年
6 贺艳艳;红树林沉积物中磺胺间甲氧嘧啶(SMMX)降解菌的筛选及其降解性能研究[D];广东海洋大学;2015年
7 高悦;固定化原油降解菌的制备及其降解特性研究[D];吉林农业大学;2015年
8 孙国强;固定化降解菌Pseudomonas sp.DNB-S1对DBP污染土壤修复的研究[D];东北农业大学;2015年
9 段淑伟;邻苯二甲酸二丁酯降解菌DNB-S1的筛选和其酶制剂的初步应用[D];东北农业大学;2015年
10 温荣提;尼古丁降解菌Pusillimonas sp.T2的筛选、鉴定、降解特性及代谢途径的初步研究[D];浙江工业大学;2015年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026