不同类型溢油污染潮间带生物修复可行性现场中试研究

论文摘要

随着海洋石油工业和海上石油运输业的迅速发展,溢油污染已成为海洋生态环境潜在的重大危害。经过三十多年的发展,生物修复技术得到很大发展并已在现场获得使用,已成为一种经济、环境效益俱佳的消除潮间带溢油污染的有效手段。然而,溢油污染潮间带生物修复是一项涉及污染场地特性、溢油油品、微生物生态结构及各种环境条件的复杂工程,因此在生物修复项目实施以前,必须经过小试和现场中试对工程的可行性进行研究。本论文主要通过现场中试试验,考察水溶性肥料、缓释肥料和石油烃降解菌剂等措施对不同油品不同类型潮间带溢油污染的生物修复效果的影响。以现场监测得到各理化因子（温度、盐度、pH、DO、间隙水总溶解氮、磷）以及各生物因子（石油烃降解菌密度、烷烃降解菌、芳烃降解菌、微生物群落结构和多样性等）动态变化数据为基础,通过对影响石油烃生物降解主要因子的主成分分析,确定生物修复技术在不同类型溢油污染潮间带生物修复过程中适用性以及控制油污染物生物降解的关键因子。论文主要研究结果如下：（1） BXPT中质原油污染的不同岸线土著微生物群落结构有较大差异,石油烃自然降解率也明显不同。其中,粉砂-淤泥基质中烷烃平均降解率较高,达17.6%,而粗砂-砾石基质和细砂-中砂基质烷烃平均降解率接近,分别为8.5%和7.0%,而各基质中芳烃的平均降解率比较相近。这表明不同岸线具有不同的生态环境特征,对生物修复措施的敏感性也不同。（2）对于BXPT中质原油污染的不同岸线,氮、磷含量低是限制石油烃生物降解的主要因素,添加营养盐即生物刺激可以有效提高油污染物的生物降解率,但添加缓释肥料和水溶性肥料的在不同基质中的作用效果不同。在60天生物修复时间内,粗砂-砾石岸线和细-中砂岸线中添加缓释肥料的体系优于添加水溶性肥料的体系,烷烃平均降解率分别是对照体系的1.3倍和2.2倍,分别是各自添加水溶性肥料体系的1.3倍和1.3倍；而粉砂-淤泥岸线中添加水溶性肥料的体系优于添加缓释的体系,烷烃平均降解率是对照体系的2.1倍,是添加水溶性肥料体系的1.4倍。而不同岸线添加营养后芳烃平均降解率与对照无显著差异甚至降低。上述结果表明,添加营养盐可以促进烷烃的降解,而芳烃的降解则受到抑制。（3）同时添加营养盐和接种石油烃降解菌剂Ⅰ在BXPT中质原油污染不同类型岸线中的作用效果不同。对于粗砂-砾石岸线和细-中砂岸线,同时添加营养盐和接种菌剂的体系,不仅可以显著提高两种基质间隙水中氮、磷养分的含量,有效促进接种石油烃降解菌和土著菌的快速生长繁殖,而且改善了基质中的微生物群落结构,提高群落多样性,从而有效提高生物修复的效率。其中,烷烃平均降解率分别为各自对照的4.8倍和5.1倍,芳烃平均降解率则与对照相当。而对于粉砂-淤泥基质,同时添加营养盐和接种菌剂的体系中尽管营养盐促进了土著石油烃降解菌的生长,但外加菌剂则与土著菌之间产生竞争作用,导致石油烃生物降解率低于只添加营养盐的体系。（4）对于SZ36-1重质原油污染的粉砂-淤泥岸线,考察了两种溢油浓度下石油烃降解菌剂Ⅰ和菌剂Ⅱ与缓释肥料同时对石油烃生物降解的影响,其中,菌剂Ⅱ是在菌剂Ⅰ中复配2株能以石油烃为碳源而产生物标表面活性剂的菌。在高浓度油污染条件下,同时添加缓释肥料和菌剂Ⅰ体系中烷烃和芳烃的平均降解率分别为对照组的2.9和1.3倍。在低浓度油污染条件下,同时添加缓释肥料和接种菌剂Ⅰ的处理和同时添加缓释肥料和接种菌剂Ⅱ的处理都大大提高了修复效率,在60天的修复时间内,烷烃的降解率分别为对照的2.8和2.9倍,芳烃的降解率分别为对照的1.3和1.3倍。进一步比较生物修复过程中微生物群落多样性的PCR-DGGE结果,可以看出在生物修复开始阶段,同时添加缓释肥和菌剂体系中微生物群落多样性要高于对照体系,随着修复时间的增长,添加菌剂Ⅰ与菌剂Ⅱ的体系中微生物群落结构逐渐趋同,相似性系数达到了70%以上,在修复后期,各处理体系中微生物群落结构与对照组趋同,表明土著微生物在体系中开始表现出很大的竞争优势。（5）在试验周期内,各溢油污染岸线现场生物修复试验中,各环境参数的变化（DO、pH、盐度、温度）均在石油烃降解菌生长的范围之内,各试验池之间均没有显著性差异（P>0.05）,表明这些环境因子不是限制生物修复效果的主要因素。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 文献综述
• 1.1 溢油污染的来源及危害
• 1.2 溢油污染的治理方法
• 1.2.1 物理法
• 1.2.2 化学法
• 1.2.3 生物法
• 1.3 生物修复技术简介
• 1.3.1 生物修复技术特点和类型
• 1.3.2 强化生物修复的基本措施
• 1.3.2.1 生物强化
• 1.3.2.2 生物刺激
• 1.3.3 影响石油烃生物降解的因素
• 1.3.3.1 微生物种属的影响
• 1.3.3.2 营养盐
• 1.3.3.3 温度
• 1.3.3.4 pH
• 1.3.3.5 溶解氧
• 1.3.3.6 盐度
• 1.3.3.7 石油的化学组成
• 1.3.3.8 不同的潮间带类型对生物修复的敏感程度
• 1.3.4 生物修复项目实施的可行性研究方案和步骤
• 1.4 溢油污染潮间带生物修复研究进展
• 1.4.1 室内研究
• 1.4.2 现场研究
• 1.5 本论文研究目、研究内容及研究方案
• 1.5.1 研究目的
• 1.5.2 研究内容
• 1.5.3 研究技术方案
• 2 溢油污染潮间带现场中试试验设计和方案
• 2.1 实验材料和仪器
• 2.1.1 试剂
• 2.1.2 主要培养基
• 2.1.3 石油烃降解菌剂
• 2.1.4 原油样品
• 2.1.5 实验仪器
• 2.2 溢油污染潮间带中试试验场地的构建和运行
• 2.3 不同类型溢油潮间带生物修复的设计
• 2.3.1 BXPT污染生物修复中不同基质的不同处理
• 2.3.2 重质原油SZ36-1污染的粉砂-淤泥基质岸线中各试验池的处理
• 2.3.3 样品采集及监测项目和频率
• 2.4 分析方法
• 2.4.1 石油烃含量及组分的测定
• 2.4.2 间隙水中总氮总磷的测定
• 2.4.3 不同功能微生物数量的测定
• 2.4.4 微生物群落结构的测定（PCR-DGGE）
• 3 溢油污染潮间带现场中试试验结果
• 3.1 BXPT中质原油污染潮间带生物修复
• 3.1.1 BXPT原油生物修复中各环境因子的变化
• 3.1.1.1 BXPT原油生物修复过程中各试验池的温度的变化
• 3.1.1.2 BXPT原油生物修复过程中各试验池的盐度的变化
• 3.1.1.3 BXPT原油生物修复过程中各试验池的溶解氧（DO）的变化
• 3.1.1.4 BXPT原油生物修复过程中各试验池的pH的变化
• 3.1.1.5 BXPT原油生物修复过程中各试验池基质间隙水中总氮的变化
• 3.1.1.6 BXPT原油生物修复过程中各试验池基质间隙水中总磷的变化
• 3.1.2 BXPT中质原油污染潮间带生物修复中各类功能菌数量动态变化
• 3.1.2.1 粗砂-砾石岸线生物修复过程中各功能菌数量的变化
• 3.1.2.2 细—中砂沙滩岸线生物修复过程中各功能菌数量的变化
• 3.1.2.3 粉砂-淤泥基质岸线生物修复过程中各功能菌数量的变化
• 3.1.3 BXBT溢油生物修复中微生物群落结构和多样性的PCR-DGGE分析
• 3.1.3.1 粗砂-砾石岸线生物修复初期的微生物群落结构和多样性
• 3.1.3.2 细—中砂沙滩岸线生物修复初期的微生物群落结构分析
• 3.1.3.3 粉砂-淤泥基质岸线生物修复过程中的微生物群落结构分析
• 3.1.4 BXPT原油生物修复中石油烃的生物降解
• 3.1.4.1 粗砂-砾石岸线中的石油烃生物降解
• 3.1.4.2 细-中砂沙滩岸线中的石油烃生物降解
• 3.1.4.3 粉砂-淤泥基质岸线中的石油烃生物降解
• 3.1.5 小结
• 3.2 SZ36-1重质原油污染潮间带生物修复效果
• 3.2.1 SZ36-1原油污染潮间带生物修复中各环境因子的变化
• 3.2.1.1 SZ36-1原油污染生物修复中各试验池温度的变化
• 3.2.1.2 SZ36-1原油污染生物修复中各试验池盐度的变化
• 3.2.1.3 SZ36-1原油污染生物修复中各试验池溶解氧的变化
• 3.2.1.4 SZ36-1原油污染修复过程中各试验池中的pH的变化
• 3.2.1.5 SZ36-1原油污染生物修复过程中各试验池的间隙水中总氮和总磷的变化
• 3.2.2 SZ36-1重质原油生物修复中功能菌和微生物生态的变化
• 3.2.2.1 各试验池生物修复过程中各功能菌数量的变化
• 3.2.2.2 各试验池生物修复过程中的微生物群落结构分析
• 3.2.2.3 接种的混合菌在SZ36-1溢油污染生物修复中的动态变化
• 3.2.3 SZ36-1原油污染生物修复中石油烃的生物降解
• 3.2.4 小结
• 4 影响溢油污染物生物降解关键控制因子分析
• 4.1 影响石油烃生物降解主要因子的主成分分析
• 4.1.1 主成分分析方法
• 4.1.2 主成分分析结果
• 4.2 影响溢油污染物生物降解关键控制因子分析与讨论
• 4.2.1. 不同油品对溢油污染潮间带生物修复效果的影响
• 4.2.2 油浓度对溢油污染生物修复中原油生物降解的影响
• 4.2.3 添加营养盐对原油生物降解的作用效果分析
• 4.2.4 添加菌剂对原油生物降解的作用效果分析
• 4.2.5 不同基质对原油生物降解的影响
• 5 结论与认识
• 5.1 论文的主要结论
• 5.2 特色与创新
• 5.3 有待进一步解决的问题
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文及专利