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《西安建筑科技大学》 2011年
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鼠李糖脂强化石油污染土壤植物—微生物联合修复研究

李琦  
【摘要】:由于石油开采工业形成的石油污染土壤对人类的身体健康和生态系统的安全构成了严重威胁,其治理迫在眉睫,而生物修复因其突出的经济性和高效性,已经发展成为最具潜力的石油烃治理技术。但石油烃的生物可利用性低是限制其生物降解的主要因素。添加生物表面活性剂是提高其生物可利用性的一个有效方法。生物表面活性剂能够增大石油烃等有机物的溶解度,并能改善细胞表面的性质从而增加传质速率和生物可利用性。 本研究从石油污染土壤中筛选出能分泌表面活性物质的菌株,以此为出发点,系统研究了其所产生物表面活性剂鼠李糖脂的结构、发酵培养基及优化的培养条件、其物理化学性质等内容,开展了鼠李糖脂应用于多环芳烃菲的微生物降解和植物修复作用影响和作用机理研究,以此为指导,开展了鼠李糖脂强化植物-微生物联合修复石油污染的技术方法研究,旨在为生物表面活性剂及其产生菌在石油污染场地的植物-微生物联合修复应用提供理论支持,为陕北石油污染土壤规模化生物修复奠定技术基础,以保障农田土壤安全和流域水体用水安全。论文主要研究成果及结论如下: (1)筛选出产生物表面活性剂的高效菌;分离鉴定出所产鼠李糖脂同系物中各组分的化学结构从油田石油污染的土壤中,通过富集培养和血平板分离、乳化性能?表面张力测试进行了初筛、复筛,获得表面活性剂高产菌株BD-5,经鉴定为铜绿假单胞菌;以菜油为唯一碳源时,菌株BD-5所产糖脂中共含有8种鼠李糖脂同系物,均由1-2分子的鼠李糖和1-2个含β-羟基的碳链长度为8-12的脂肪酸组成。 (2)确定了铜绿假单胞菌产鼠李糖脂的最佳发酵条件;表明鼠李糖脂是具有低表面张力、热稳定性、高耐受性、乳化性能和增溶性良好的生物活性物质铜绿假单胞菌发酵培养鼠李糖脂的产量主要受培养基碳源和氮源及其浓度组成和pH﹑温度、溶氧影响;鼠李糖脂浓度在临界胶束浓度(CMC)以上时,长链烷烃和多环芳烃在水相中的表观溶解度随鼠李糖脂浓度的增大而增大,摩尔增溶比(MSR)的变化关系为正十六烷萘菲芘。生物-非离子复合表面活性剂对于芘的增溶存在协同效应,增溶表现为:鼠李糖脂-吐温80鼠李糖脂-聚氧乙烯十二烷基醚。 (3)初步探明了鼠李糖脂及复配的鼠李糖脂强化铜绿假单胞菌BD-5降解多环芳烃的影响作用及机制鼠李糖脂强化多环芳烃的机理为:生物表面活性剂在临界胶束浓度(CMC)以上时,通过胶束增溶作用将多环芳烃分子包裹在胶束内部,形成表面活性剂多环芳烃组合微粒,使其被动扩散进入细胞内,从而使有机物被降解,其次鼠李糖脂可以改变细胞的疏水性,使细胞和多环芳烃的的结合力加强,促进了多环芳烃降解;表面活性剂对多环芳烃生物降解作用的影响与浓度和所采用的表面活性剂种类关联密切;在土壤体系中,加入表面活性剂可提高菲从固相转移到液相的传质速率,从而提高其生物可降解性。 (4)确定了鼠李糖脂强化紫花苜蓿修复土壤中多环芳烃的作用效果和机制鼠李糖脂对紫花苜蓿根吸收积累菲的影响,表现为低浓度鼠李糖脂促进吸收菲,高浓度则抑制吸收;鼠李糖脂促进植物修复的机制表现在不同浓度生物表面活性剂处理的土壤中,紫花苜蓿积累的菲占土壤中菲总降解量的比例均不足15%,表明植物吸收积累不是表面活性剂增强植物修复效率的主要原因;不同浓度鼠李糖脂对菲降解能力不同。 (5)建立了鼠李糖脂发酵液强化石油污染土壤植物-微生物修复的方法添加鼠李糖脂和接种铜绿假单胞菌可以促进紫花苜蓿生长,其中对紫花苜蓿地上部分的生长影响大于地下部分;可以大幅提高微生物数量,相比较于只种植紫花苜蓿增长近1个数量级;土壤脱氢酶活性变化趋势和微生物数量以及石油烃降解趋势相关;多因素正交试验表明,影响石油降解率的显著因子为石油污染物浓度,次之为表面活性剂,再次为投菌量,优化后的植物-微生物联合修复对总石油烃的降解率可达到69%。
【学位授予单位】:西安建筑科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:X53

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【引证文献】
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