基于生物碳固定化的海水石油污染微生物修复问题研究
发布时间：2014-08-20 10:24
第一章 绪论
1.1 海水石油污染
国家之间不断出现由石油引发的战争，导致严重的海水石油污染，例如 1991 年海湾战争[2]，导致大量石油侵入阿拉伯湾，大面积造成海水石油污染，造成大量海洋生物受损，赤潮频发，由于石油污染，1991 年 12 月时该海域的生物仍处在 50%～100%之间的高死亡率[3]。据统计，世界上近年来泄漏石油的事故屡次发生[2]：2010 年 1 月 23 日美国得克萨斯州阿瑟港，一油轮与牵引船相撞，油轮船体被撞坏，原油泄露高达约 170 万升；2010 年 4月 20 日，墨西哥湾英国石油公司“深水地平线”钻井平台爆炸，每天约有 2.5～3 万桶的原油量注入墨西哥湾，造成面积约为 5180 km2的污染区，成就美国史上最大的海水污染灾难；2010 年 7 月 16 日，辽宁大连中石油新港镇输油管道爆炸，导致约 1500 吨原油泄入海洋，海域污染面积达 430 km2；2011 年 6 月，中海油康菲油田在蓬莱 19-3 油田及西北部海域出现漏油事故，溢油造成的污染面积超过 5500 km2，经济损失达到几十亿元；国土资源部最新数据显示，“十一五”期间，由勘探海洋石油引发的溢油事故全国共发生 41 起。综上所述，不论国内还是国际上，石油泄漏污染海洋事件频频发生，因此海水石油污染已非常严重，我们必须加快治理的步伐。
1.2 海水石油污染修复方法
处理溢油事故最主要的目标是要减少油污在海面上的扩散以及由此对环境产生的不利影响。围油栏、吸油材料和撇油器是目前最常用的封堵海面油污的设备。理想状态下，采用上述方法最大的石油回收率为 30%左右，但环境条件恶劣时回收率会低很多[27]。一旦石油沉入水底，则需要用泵和真空系统将沉积物中的污染物回收，这种回收方式比较适合于近海岸的石油沉积物清理，且要求油沉积层比较厚，水体能见度也要比较高。这种方法费用非常高，而且清除效率非常低。目前，不需要储存、运输和废物处置并且可以节省人力资源的原位处置方法和设备是研发的重点方向。
…………
第二章 生物碳与石油降解菌的筛选
2.1 引言
生物碳是作物秸秆、松针、玉米芯等生物质材料在一定的方法下烧制而成，是一种新型炭质材料，表面具有丰富的孔隙结构[55]，因此能够吸附大量的有机无机分子或微生物。将生物碳作为吸附载体已经有很多报道，一般为吸附各种溶于水或不溶于水的有机污染物，用于环境的治理。而由各种生物质烧制而成的生物碳的性质也各有差异，本文基于海洋环境筛选一种能较好漂浮于海水表面的生物碳。耐高盐石油降解菌不论是水体还是土壤中报道已经有很多，从生物法修复石油污染开始发展时便是人为的向污染环境中投加能够降解环境污染物的菌种或混合菌种，以促进污染物的微生物利用速率，加快污染物的去除，这种方法既能治理污染环境又无二次污染，无毒害等副作用，因此受到环境治理的青睐，也是目前甚至将来的着重研究点。目前的主要方法为在污染环境中筛选出能够在污染环境中存活的微生物，利用其对污染物的吸收利用，人为扩大培养，增强其对污染物利用的效率，然后再接入污染环境，进一步提高其对污染物的吸收利用速率。由于海水的高盐环境，本实验选取实验室现有土壤及滨海湿地中筛选的耐高盐的石油降解菌种，选取一种能较好适应海水环境且降解率最高的菌种，用于菌剂的制备及石油的降解。
2.2 仪器与试剂
石油——采自胜利油田。
人工海水石油培养基——按质量比为 1%的比例向人工海水培养基中加入石油。
菌种——实验室选取五种耐盐菌
2.3 实验方法
将松针、稻草及玉米芯粉碎或不粉碎，洗净晾干后，各称取 20g 于坩埚中，盖上盖子置于一定温度的马弗炉中采用中低温区间（200—500℃）限氧升温熔融炭化法[50]炭化 4 小时，冷却至室温后取出，即制得生物碳。将产物过 30 目、80 目及 200 目筛后即得到不同粒径的生物碳。
先取三只试管，用蒸馏水洗净，分别加入 20ml 人工海水，加入三种炭化温度为 300℃未过筛的生物碳，分别标记为 A、B、C。A——松针碳；B——草碳；C——玉米芯碳。放入 30℃、160r/min 的恒温摇床中震荡一天，观察生物碳在其中的漂浮状况，用漂浮率 P（用9cm 定性滤纸过滤出漂浮在表面的生物碳，烘干至恒重后称重，减去滤纸质量得到浮碳质量，计算其占总投加碳的比例，即得漂浮率）表示生物碳的漂浮性质，最后选取一种漂浮性质最好的用于后续试验。
..............
第三章 松针碳吸附性质........................................21
3.1 引言...........................................................................21
3.2 仪器与试剂....................................21
第四章 固定化微生物对海水石油污染的修复......................25
4.1 引言.............................................25
4.2 仪器与试剂.....................................25
4.2.1 试剂................................................25
4.2.2 仪器.....................................................25
4.3 实验方法.....................................26
4.3.1 菌剂的制备 ...................................................26
第五章 结论与展望.............................................31
5.1 主要结论.....................................................31
5.2 主要创新点与意义 .....................31
5.3 不足之处与展望.........................................31
第四章 固定化微生物对海水石油污染的修复
4.1 引言
上文分别筛选出了适合海洋环境的松针碳及石油降解菌，并对松针碳的吸附能力做了初步研究，虽然松针碳吸附菌的能力不是很强，但其吸附石油的能力较为突出，可以吸附石油形成球状混合物，漂浮于海水表面，只要用网筛便可将吸附石油后的松针碳取出水面，同时其固定的菌体部分会进入水体，降解剩余石油，取出的球状碳与石油混合物不用再留在水中让石油降解，因此避免了石油的进一步扩散，省时省力的利用微生物降解石油。接下来便是用筛选出的生物碳与石油降解菌利用吸附法在固定化培养基中组成菌剂，进行菌剂修复海水石油污染的初步实验，确定菌剂的最佳投加量，同时测定石油降解菌降解的石油组分，再通过实验确定降解平衡时间。
本文编号：8423
1.1 海水石油污染
国家之间不断出现由石油引发的战争，导致严重的海水石油污染，例如 1991 年海湾战争[2]，导致大量石油侵入阿拉伯湾，大面积造成海水石油污染，造成大量海洋生物受损，赤潮频发，由于石油污染，1991 年 12 月时该海域的生物仍处在 50%～100%之间的高死亡率[3]。据统计，世界上近年来泄漏石油的事故屡次发生[2]：2010 年 1 月 23 日美国得克萨斯州阿瑟港，一油轮与牵引船相撞，油轮船体被撞坏，原油泄露高达约 170 万升；2010 年 4月 20 日，墨西哥湾英国石油公司“深水地平线”钻井平台爆炸，每天约有 2.5～3 万桶的原油量注入墨西哥湾，造成面积约为 5180 km2的污染区，成就美国史上最大的海水污染灾难；2010 年 7 月 16 日，辽宁大连中石油新港镇输油管道爆炸，导致约 1500 吨原油泄入海洋，海域污染面积达 430 km2；2011 年 6 月，中海油康菲油田在蓬莱 19-3 油田及西北部海域出现漏油事故，溢油造成的污染面积超过 5500 km2，经济损失达到几十亿元；国土资源部最新数据显示，“十一五”期间，由勘探海洋石油引发的溢油事故全国共发生 41 起。综上所述，不论国内还是国际上，石油泄漏污染海洋事件频频发生，因此海水石油污染已非常严重，我们必须加快治理的步伐。
1.2 海水石油污染修复方法
处理溢油事故最主要的目标是要减少油污在海面上的扩散以及由此对环境产生的不利影响。围油栏、吸油材料和撇油器是目前最常用的封堵海面油污的设备。理想状态下，采用上述方法最大的石油回收率为 30%左右，但环境条件恶劣时回收率会低很多[27]。一旦石油沉入水底，则需要用泵和真空系统将沉积物中的污染物回收，这种回收方式比较适合于近海岸的石油沉积物清理，且要求油沉积层比较厚，水体能见度也要比较高。这种方法费用非常高，而且清除效率非常低。目前，不需要储存、运输和废物处置并且可以节省人力资源的原位处置方法和设备是研发的重点方向。
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第二章 生物碳与石油降解菌的筛选
2.1 引言
生物碳是作物秸秆、松针、玉米芯等生物质材料在一定的方法下烧制而成，是一种新型炭质材料，表面具有丰富的孔隙结构[55]，因此能够吸附大量的有机无机分子或微生物。将生物碳作为吸附载体已经有很多报道，一般为吸附各种溶于水或不溶于水的有机污染物，用于环境的治理。而由各种生物质烧制而成的生物碳的性质也各有差异，本文基于海洋环境筛选一种能较好漂浮于海水表面的生物碳。耐高盐石油降解菌不论是水体还是土壤中报道已经有很多，从生物法修复石油污染开始发展时便是人为的向污染环境中投加能够降解环境污染物的菌种或混合菌种，以促进污染物的微生物利用速率，加快污染物的去除，这种方法既能治理污染环境又无二次污染，无毒害等副作用，因此受到环境治理的青睐，也是目前甚至将来的着重研究点。目前的主要方法为在污染环境中筛选出能够在污染环境中存活的微生物，利用其对污染物的吸收利用，人为扩大培养，增强其对污染物利用的效率，然后再接入污染环境，进一步提高其对污染物的吸收利用速率。由于海水的高盐环境，本实验选取实验室现有土壤及滨海湿地中筛选的耐高盐的石油降解菌种，选取一种能较好适应海水环境且降解率最高的菌种，用于菌剂的制备及石油的降解。
2.2 仪器与试剂
石油——采自胜利油田。
人工海水石油培养基——按质量比为 1%的比例向人工海水培养基中加入石油。
菌种——实验室选取五种耐盐菌
2.3 实验方法
将松针、稻草及玉米芯粉碎或不粉碎，洗净晾干后，各称取 20g 于坩埚中，盖上盖子置于一定温度的马弗炉中采用中低温区间（200—500℃）限氧升温熔融炭化法[50]炭化 4 小时，冷却至室温后取出，即制得生物碳。将产物过 30 目、80 目及 200 目筛后即得到不同粒径的生物碳。
先取三只试管，用蒸馏水洗净，分别加入 20ml 人工海水，加入三种炭化温度为 300℃未过筛的生物碳，分别标记为 A、B、C。A——松针碳；B——草碳；C——玉米芯碳。放入 30℃、160r/min 的恒温摇床中震荡一天，观察生物碳在其中的漂浮状况，用漂浮率 P（用9cm 定性滤纸过滤出漂浮在表面的生物碳，烘干至恒重后称重，减去滤纸质量得到浮碳质量，计算其占总投加碳的比例，即得漂浮率）表示生物碳的漂浮性质，最后选取一种漂浮性质最好的用于后续试验。
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第三章 松针碳吸附性质........................................21
3.1 引言...........................................................................21
3.2 仪器与试剂....................................21
第四章 固定化微生物对海水石油污染的修复......................25
4.1 引言.............................................25
4.2 仪器与试剂.....................................25
4.2.1 试剂................................................25
4.2.2 仪器.....................................................25
4.3 实验方法.....................................26
4.3.1 菌剂的制备 ...................................................26
第五章 结论与展望.............................................31
5.1 主要结论.....................................................31
5.2 主要创新点与意义 .....................31
5.3 不足之处与展望.........................................31
第四章 固定化微生物对海水石油污染的修复
4.1 引言
上文分别筛选出了适合海洋环境的松针碳及石油降解菌，并对松针碳的吸附能力做了初步研究，虽然松针碳吸附菌的能力不是很强，但其吸附石油的能力较为突出，可以吸附石油形成球状混合物，漂浮于海水表面，只要用网筛便可将吸附石油后的松针碳取出水面，同时其固定的菌体部分会进入水体，降解剩余石油，取出的球状碳与石油混合物不用再留在水中让石油降解，因此避免了石油的进一步扩散，省时省力的利用微生物降解石油。接下来便是用筛选出的生物碳与石油降解菌利用吸附法在固定化培养基中组成菌剂，进行菌剂修复海水石油污染的初步实验，确定菌剂的最佳投加量，同时测定石油降解菌降解的石油组分，再通过实验确定降解平衡时间。
4.2 仪器与试剂
称取四组 0.2、0.3、0.5、0.7g 松针碳作为菌剂制备的载体，同时配置固定化培养基，按 5%接种量接入活化后的枯草芽孢杆菌与称好的松针碳，30℃，160 r/min 摇床培养 18h，然后用 30 目的筛子过滤出吸附好菌体的松针碳，即菌剂。
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第五章 结论与展望
主要创新点就是将生物碳作为石油降解菌的载体应用于海水中，来修复其石油污染。本文研究用松针碳本身既能吸附大量石油，又能固定菌投入石油污染海水中，起到了吸附与降解的双重效果。并且生物碳能较好漂浮于海水表面，吸附表面大量石油，也便于打捞，对于石油泄漏初期的清理非常有意义；吸附固定的菌又能降解石油，对于长期彻底清除海水表面甚至溶于水或海水中、海底的石油都非常有用；生物碳作为载体，其廉价的成本也会成为将来研究的重点。
不足之处就是本文只限于研究松针碳作为漂浮较好的生物碳，其他的生物碳尚未研究；海水采用人工配置；松针碳虽然漂浮效果较好，但固定菌的能力从固定百分比上看相对较弱，固定的总数相对较少；石油降解菌选取实验室现有菌种，降解能力毋庸置疑，但随着时间的变化，海洋环境的变化等，菌的降解能力不能保证始终如一。对于本文的展望就是希望接下来有机会研究其他生物碳的吸附能力及降解效果，能够在真正的石油污染海水中试验本文研究成果，能够在石油污染海水中筛选新的降解率高的菌种；对于未来的展望就是不论是在水中还是在土壤中，生物碳基于其廉价的成本与良好的吸附能力必将作为固定化微生物法修复石油污染的研究重点。
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参考文献（略）
本文编号：8423
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huanjinggongchenglunwen/8423.html