论文摘要
随着世界对石油及其制品日益增长的需求,在海上开采、运输、装卸以及利用石油过程中溢油事时有发生。溢油污染对海洋环境、生态、资源、经济及人类生产生活等造成了巨大的影响。生物修复具有高效、费用低廉、无二次污染等优点,已成为现场去除石油烃污染物的重要选择途径。石油进入海洋环境后,受风、浪、海流、光照、气温、水温和生物活动等的影响,无论在数量上、化学组成上、物理性质及化学性质等方面都随着时间不断地发生变化,导致污染石油的浓度分布极不均匀,进而导致对溢油生物修复效果的评价变得困难。本研究主要是基于溢油污染生物修复过程中缺乏石油烃生物降解定量评价方法这一现实问题,在实验室和现场模拟实验,考察不同油品中生物标志物的生物降解性,筛选出可用于现场生物修复的生物标志物,确定适合现场应用的评价生物降解效果的方法,并应用该方法定量评价溢油污染海岸线现场生物修复试验过程中添加高效石油烃降解菌剂和添加营养盐等措施对强化污染物生物降解作用的效果。本论文不仅对科学评价生物修复过程中生物强化和生物刺激的作用效果具有重要的理论意义,而且可为促进石油污染海岸线生物修复技术的形成和大范围推广使用提供重要的应用基础。主要研究结果如下:1)通过室内微生物降解模拟实验,考察了具有不同密度和不同浓度的原油中类异戊二烯类、甾萜类和取代多环芳烃类生物标志物组分的生物降解性。结果表明,在60天的降解时间内,三种原油BZ34-1、BXPT和SZ36-1中类异戊二烯类生物标志物姥鲛烷/植烷都发生了明显降解,降解率分别在15%96%和20%75%,姥鲛烷/植烷降解率随原油的密度增大而减小;而不同油品中姥鲛烷/植烷发生明显降解的阶段不同,对于轻质原油BZ34-1和BXPT,其姥鲛烷/植烷组分在实验初期（前20天）没有发生明显降解,实验中后期（2060天）才开始被生物所利用;而对于重质原油SZ36-1,其姥鲛烷/植烷在生物降解初期就发生了显著降解。在整个室内实验周期内,甾萜类生物标志物没有发生明显生物降解。一取代二苯并噻吩（C1-DBT）同分异构体的相对分布也指示原油发生了明显生物降解作用。另外,不同油浓度下BXPT原油中各类生物标志物的生物降解性有所不同,对于姥鲛烷/植烷,低油浓度（0.51.0 g/L）时降解率较高,都在97%以上,高油浓度（5.020.0 g/L）时降解率相对较低,只有60%左右;而藿烷类生物标志物在不同油浓度条件下均没有发生明显降解;取代多环芳烃类相对分布也发生了明显变化。实验室内原油生物降解实验表明,可以甾萜类化合物C30-17α（H）,21β（H）-藿烷（C30-藿烷）作为评价生物修复效果的生物标志物。2)通过溢油污染生物修复中试现场实验,考察了BXPT原油中类异戊二烯类、甾萜类和取代多环芳烃类生物标志物组分的生物降解性。结果表明,在120天实验周期内,姥鲛烷/植烷都发生明显降解,降解率在10-50%之间;而甾萜类化合物C30-藿烷没有发生明显降解;同时分析了烷基化多环芳烃的相对分布变化,可以用其比值区别生物降解作用。现场试验中,可以通过C30-藿烷校正后石油烃组分的一级降解常数,结合一取代多环芳烃（C1-DBT）同分异构体间的相对分布评价生物修复效果。3)以C30-藿烷,并结合一取代多环芳烃（C1-DBT）同分异构体间的相对分布,通过溢油污染海岸线现场生物修复试验,评价了添加水溶性肥料、缓释性肥料和添加石油烃降解菌剂对粗砂-鹅卵石基质和细-中砂基质中石油烃生物降解的强化作用。结果表明,无论粗砂-鹅卵石基质还是细-中砂基质,同时添加缓释性肥料和石油烃降解菌剂的修复效果最好,分别为溢油对照的2.8倍和2.5倍,其次为添加水溶性肥料的处理体系,分别是溢油对照的1.9倍和2.2倍;添加缓释性肥料的处理尽管对粗砂-鹅卵石基质几乎没有增强,而对细-中砂基质的处理效果约为溢油对照的1.9倍。基质中低营养盐含量是限制微生物生物降解的主要因素,添加营养盐可以显著提高生物修复效率。不同基质中的微生物群落结构的不同可能是导致不同处理间差异的原因之一。