牛粪堆肥对总石油烃的降解效果及微生物性质研究

论文摘要

石油类污染物在环境中的积累数量日益增多,对人体健康和整个生态系统的安全都构成了很大的潜在威胁。生物修复法具有成本低、无二次污染等优点,正逐渐成为一种安全有效的石油污染修复技术。生物修复主要是利用微生物共代谢作用将原油转化为毒性较小的化合物,而堆肥过程中的微生物具有很高的活性,所以采用堆肥技术降解石油污染物具有巨大的发展潜力。在堆肥原料牛粪中加入不同浓度的石油（0、1%、5%和10%）进行不同温度下（20℃和50℃）的堆肥是本文的特点。通过定期取样测定污染物浓度和生物指标,一方面可以研究堆肥过程中微生物共代谢作用在不同温度下对总石油烃的降解效果,包括饱和烃、芳香烃、极性物和多环芳烃等的含量变化；另一方面通过菌落数、酶活性和微生物多样性的变化情况,可以比较不同原油浓度对微生物的毒性大小,筛选出降解效果优秀的石油降解菌。主要研究结果有：（1）研究了总石油烃萃取方法的各种影响因素,通过正交试验,得到总石油烃超声.索氏萃取重量法的最佳条件为：超声功率60 W,超声10 min,样品：萃取剂=1：25,萃取6 h；（2）堆肥过程中,除了10%浓度石油堆肥处理外,其它处理的pH值在堆肥后都有所降低；初期堆料的碳氮比在25～35之间,且随堆肥时间逐步降低,末期都在20以下,说明堆肥基本达到腐熟；（3）总石油烃含量有不同程度的降低,最高降解率是1%石油浓度堆肥处理的（42.21±1.60）%；饱和烃含量下降,而芳香烃和极性物却是先增大后减小,三环、四环和五环多环芳烃的含量都有所降低；（4）酶活性方面,由于随温度升高微生物数量减少,过氧化氢酶活性和多酚氧化酶活性都是开始前7天下降,之后开始上升；但由于石油烃的刺激作用,脱氢酶活性的表现却是先升高再降低,而这三种酶都会促进石油烃的降解；（5）变性梯度凝胶电泳分析表明50℃堆肥后微生物多样性会增大,即堆肥有助于微生物群落的稳定,而原油的生物毒性对菌群具有选择作用,更多地表现出对微生物多样性的抑制；（6）通过反复分离纯化得到六株不同形态的优势菌,降解实验结果表明,六株降解菌都显著地降低了土壤中的总石油烃含量,降解率最高为菌M4（64.18±4.88）%,最低是菌M3（26.33±2.15）%,可用于石油污染土壤的修复；（7）大港油田现场修复工作表明,细菌-真菌联合菌剂与植物搭配对石油污染土壤具有良好的修复效果,5个月的最高石油去除率达到（75.7±4.16）%,PAHs的总量也有明显下降,最高去除率为82.75%。由实验结果可以看出,合理调控堆肥因子,利用堆肥中微生物的共代谢作用可以达到降解石油的目的,而且效果显著。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 第一节 石油污染的现状及危害
• 1.1.1 石油污染的现状
• 1.1.2 石油污染的危害
• 第二节 石油污染土壤的生物修复技术
• 1.2.1 微生物修复技术
• 1.2.2 石油烃的生物降解作用
• 第三节 生物有机质堆肥研究进展
• 1.3.1 传统堆肥技术研究
• 1.3.2 堆肥中的微生物群落变化
• 1.3.3 堆肥的影响因素
• 1.3.4 堆肥在环境科学中的应用
• 第四节 PCR-DGGE技术在微生物多样性的应用
• 1.4.1 变性梯度凝胶电泳
• 1.4.2 分子生物学在石油污染生态修复中的发展前景
• 第五节 立题依据及研究内容
• 1.5.1 研究的出发点
• 1.5.2 研究内容
• 1.5.3 创新点
• 第二章 实验材料、器具及方法
• 第一节 实验材料
• 2.1.1 堆肥底物
• 2.1.2 实验用土
• 2.1.3 实验用原油
• 2.1.4 实验药品
• 第二节 实验器具
• 第三节 实验方法
• 2.3.1 牛粪堆肥实验设计
• 2.3.2 堆肥基本理化性质（温度、pH值、C/N比和含水率）的测定
• 2.3.3 TPH萃取方法的探索—超声-索氏萃取法
• 2.3.4 TPH组分（饱和烃、芳香烃和极性物）的测定
• 2.3.5 PAHs的测定（GC/MS法）
• 2.3.6 三种酶活性测定
• 2.3.7 PCR-DGGE图谱分析
• 2.3.8 平板菌落计数法
• 2.3.9 石油降解菌的筛选及保存
• 2.3.10 优势菌的生长曲线
• 2.3.11 革兰氏染色
• 2.3.12 菌株TPH降解率的测定
• 第三章 实验结果与分析
• 第一节 超声-索氏萃取重量法的结果分析
• 3.1.1 超声萃取法影响因素分析
• 3.1.2 超声-索氏萃取法影响因素分析
• 3.1.3 三种方法提取效果的验证及结果分析
• 第二节 温度、pH和C/N比的变化分析
• 3.2.1 温度变化分析
• 3.2.2 pH值变化分析
• 3.2.3 C/N比变化分析
• 第三节 TPH、三种组分（SH,AH和PF）和PAHs含量的变化分析
• 3.3.1 TPH降解率分析
• 3.3.2 三种组分（SH,AH和PF）含量变化分析
• 3.3.3 PAHs含量变化分析
• 第四节 酶活性变化分析
• 3.4.1 过氧化氢酶活性变化分析
• 3.4.2 脱氢酶活性变化分析
• 3.4.3 多酚氧化酶活性变化分析
• 第五节 PCR-DGGE图谱分析
• 3.5.1 电泳图谱直观分析
• 3.5.2 系统发生树分析
• 3.5.3 香浓-威纳多样性指数、丰度和均匀度指数结果分析
• 第六节 石油降解菌的性质研究
• 3.6.1 平板菌落计数的结果分析
• 3.6.2 优势菌筛选结果及分析
• 3.6.3 优势菌的生长曲线
• 3.6.4 土壤TPH的降解实验结果分析
• 第四章 大港油田现场修复工作
• 第一节 大港油田现场修复地点
• 第二节 植物生长情况
• 第三节 土壤基本理化性质测定结果分析
• 第四节 TPH测定结果分析
• 第五节 PAHs测定结果分析
• 第六节 土壤盐度和细菌数量测定结果
• 第七节 DGGE测定结果分析
• 第八节 香浓-威纳多样性指数、丰度和均匀度指数结果分析
• 4.8.1 香浓-威纳多样性指数（H）结果分析
• 4.8.2 丰度（S）结果分析
• H）结果分析'>4.8.3 均匀度（E_H）结果分析
• 第五章 结论与展望
• 第一节 结论
• 5.1.1 超声-索氏萃取法最优化条件
• 5.1.2 pH和C/N比的变化
• 5.1.3 牛粪堆肥对TPH、三种组分和PAHs的降解效果
• 5.1.4 堆肥中酶活性及微生物多样性的变化规律
• 5.1.5 石油降解菌的降解效果
• 5.1.6 大港油田现场修复效果
• 第二节 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历 在学期间发表的学术论文与研究成果