耐盐石油降解菌的筛选、鉴定及其在土壤修复中的应用

来源 :北京石油化工学院 | 被引量 : 1次 | 上传用户:li359990774
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石油污染土壤的形势严峻,给生态环境和人类健康带来了巨大威胁。生物修复技术以其环境友好、低价高效等特性在各类修复技术中的地位不断提升。然而,在实际修复场地中常存在高盐碱环境,极大程度的限制了常规微生物对污染物的净化能力。本文首先分析、探究了土壤石油烃提取、分析方法,然后从实际石油污染盐碱场地中提取了耐盐菌群,并进行接种、培养和高盐高油胁迫条件的驯化,研究了驯化过程中耐盐菌群的生理特性,探讨了优势耐盐菌株在水环境以及土壤环境中的石油烃降解特性,分析了长效耐盐石油降解菌剂推广应用的修复助剂、缓释药剂、载体材料、菌剂制备等关键问题,最后设计了一套智能化、模块化、撬装化的石油污染盐碱场地生物修复装备。土壤石油烃提取、分析实验表明:在土壤初始油浓度为10000mg/kg条件下,采用5种不同萃取手段,土壤石油烃萃取率依次为振荡过滤国标法(106.45%)>索氏提取国标法(90.73%)>滴滤萃取法(76.3%)>振荡离心萃取法(74.7%)>振荡过滤萃取法(68.3%),其原因在于萃取液与污染土壤的接触时间不同所致。5种萃取手段中,振荡过滤国标法具有最高萃取准确度,而振荡过滤萃取法所用时间最短,在有修正系数矫正比例的前提下,可以用于要求快速处理大量样品的情况。耐盐菌筛选、驯化实验表明:常年受石油污染的盐碱场地中存在能够耐受盐碱环境的高效石油烃降解土著菌,通过人为筛选驯化,可以继续提高其盐碱耐受性及降解能力。通过测定耐盐菌驯化培养液的pH发现,pH值由7.6(初期)降低至5.9(末期),说明菌株在适应环境、降解石油烃的过程中会使培养液由中性转变为弱酸性,原因在于耐盐菌分解石油烃过程中产生碳酸类物质。培养液的电导率在55~115 ms/cm范围内波动,是因为适应不了环境的菌株裂解死亡后,内部电解质大量渗入培养液,导致培养液电导率发生变化。培养液油滴粒径及形态变化表明,耐盐菌群生长发育阶段会产生大量表面活性剂类代谢产物,使石油烃粒径减小的同时部分乳化。耐盐菌修复石油烃污染水体实验表明:在前期筛选的耐盐菌群中共提取出6株耐盐菌,其中1号菌株(称为优势耐盐菌株)在极限盐度条件下降解高浓度石油烃的能力最佳,其最适生存环境条件分别为pH值为9、油浓度为5000 mg/L、温度为30℃,同时在pH值7~9、油浓度0.5%~5%、温度20~40℃范围内具有较高生存活性。该菌株在含盐量15%~36%、含油量0.5%~5%、pH值7~9、温度20~40℃、不同盐组分实验中降解效率最高的实验组分别为:含盐量20%(82.6%)、含油量10000 mg/L(79.47%)、pH为8(76.9%)、30℃(64.93%)、CaCl2(90.3%)。经检测该菌株能产生脂肽类生物表面活性剂、淀粉水解酶和过氧化氢酶等物质,这类物质在促进石油烃乳化的同时能够促进菌株降解。耐盐菌修复石油烃污染土壤实验表明:在土壤含油量10000mg/kg条件下,1、5、6号及三株混合菌中,经25d降解1号菌株处理效果最好(65%),土壤中剩余含油量3856.5 mg/kg。土壤盐含量0~50%(质量比)实验组,25%含盐量降解率最高(91.1%),剩余油浓度887 mg/kg,与国标GB3660—2018规定的第一类建设用地石油烃类筛选值(826 mg/kg)较为接近,低于第二类建设用地筛选值(4500 mg/kg)。该菌株在不同土质中对污染物的去除率依次为砂土(66.1%)>壤土(61.4%)>黏土(35.2%)。1000~150000 mg/kg土壤油浓度实验中,50000 mg/kg实验组降解率最高(69.9%),剩余油浓度15040mg/kg,未达标原因在于土壤本身油浓度过高。20~100%含水率实验中,40%实验组去除率最高(64.9%),剩余油浓度3509mg/kg;10~50℃环境温度实验中,40℃实验组去除率最高(66.58%),剩余油浓度3342mg/kg,均满足第二类建设用地筛选值(4500mg/kg)。通过GC-MS检测得知,经1号菌株降解后,多种石油烃类物质丰度显著降低,其中三(2-氯乙基)亚磷酸酯、均三甲苯等物质几乎彻底清除,而2,4-二叔丁基酚、N-丁基苯磺酰胺等物质仍有较多残留;其中2,3-二甲基萘含量不降反增,可能存在某种生化反应将大分子物质分解所致。经16s RNA基因鉴定得知,1号菌株属盐单胞菌属的titanicae菌,同时结合其可在36%盐度环境中有效降解石油烃类,因此推测其为重度嗜盐石油降解菌。此外,分析了高盐碱环境中耐盐菌修复实际场地所需的修复助剂、缓释药剂、载体材料等的性能要求与发展方向,初步设计了耐盐菌剂量产化方案。同时,从思路方案、工艺设计、结构设计、投资运行成本等方面,设计了一套石油污染场地耐盐菌修复中试设备,该系统较好解决了有机污染场地生物修复实践中存在的装备化程度低、菌剂成本高等问题,同时适用于原位、异位两类修复工程。
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