固定化噬油菌处理海洋溢油的研究

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随着海洋石油资源的不断开采利用及海上运输业的蓬勃发展使海洋溢油事故愈发常见。常规的物理法和化学法并不能从根本上清除溢油,为能达到彻底清除溢油且处理溢油绿色环保,交通运输部从政策方面鼓励采用生物法清除溢油污染。本论文采用固定化微生物技术使噬油菌群固定化在特制的载体材料上,通过对载体材料的制备工艺进行优化,确定制备载体材料的最佳反应条件,获得具有高除油效率的固定化微生物系统,从而快速降解消除海面的薄油膜。本文从受原油污染的水域附近获取噬油菌,并利用海藻酸盐作为固定噬油菌的载体材料,重点研究了发泡剂和包膜材料对漂浮微球载体材料性能的影响和固定化噬油菌在处理溢油中的影响因素,并针对噬油菌降解溢油的机理进行了探讨,现得到如下结论:(1)从渤海附近沼泽含油土壤中驯化、分离筛选得到高效噬油菌,结合显微观察和16S r DNA基因测序确定噬油菌株分别为Alcanivoraxpacificus和Proteus vulgaris。(2)随着海藻酸钠浓度的增加,漂浮微球的密度增大,机械强度增大,以Ca CO3和Na HCO3为发泡剂的海藻酸盐漂浮微球的最小密度分别为0.684g·cm-3和0.923g·cm-3,最大机械强度为3 N和1.2 N,可以抵御海面的风浪冲击。(3)使用CaCO3作为发泡剂的最佳浓度约为30 g·L-1,此时,漂浮微球的密度为0.868 g·cm-3,机械强度约为3 N,保油率在83%以上;而使用Na HCO3作为发泡剂的最佳浓度条件为20 g·L-1,此时,漂浮微球的密度约为0.95 g·cm-3,机械强度约为0.7 N,保油率在67%左右。.显然,使用Ca CO3作为发泡材料制备的漂浮微球时,其内部孔隙更多,比表面积更大,可负载更多噬油菌,保油率更好,故而可有效增加溢油清除效率。因此,Ca CO3作为利用海藻酸盐制备固定化载体材料的发泡剂,性能更为优异。(4)乙基纤维素作为漂浮微球的包膜材料时,海藻酸盐漂浮微球的密度随乙基纤维素浓度的增加先增加后减小再增加,但密度均小于水密度(1 g·cm-3);漂浮微球最大可承载3.2 N的力;平均吸附量随浓度增加而增大;平均保油率随浓度增加先增加后减少。而以壳聚糖为包膜材料时,漂浮微球的密度先增加后减小;漂浮微球最大可承载2.2 N的力;平均吸附容量随壳聚糖浓度的增加先减小后增大,平均保油率随壳聚糖浓度的增加而增大。两者对比可知,乙基纤维素作为包膜材料时,性能更加稳定,平均吸附量更大,平均保油率较大,且其浓度可选范围更大。因此,从包膜材料对漂浮微球密度的影响来看,宜选用乙基纤维素作为包膜材料,使用乙基纤维素作为包膜材料的最佳浓度为40 g·L-1。(5)随pH、温度和接种量的增加,原油降解率先升高后降低。当p H为7、温度为35℃时,噬油菌接种数量为15%,原油降解率最高。游离态和固定化WX2菌株对原油的降解率随降解时间均呈现先增加后趋于稳定的变化规律;在相同降解时间内,固定化WX2菌株对原油的降解率均高于游离态菌株,海藻酸钠/乙基纤维素固定化载体可有效提高WX2菌株对原油的降解率。(6)菲降解的途径主要是菲的C-3,4双加氧和水杨酸途径,在此过程中,C-1,2双加氧代谢也有可能存在。本文将漂浮型微球固定化载体负载噬油菌应用于海洋溢油处理,为大规模海洋溢油处理提供了新思路,更为后续研究者提供数据和理论支持。通过后期材料的筛选和条件的优化,固定化微球处理溢油性能有望大幅提升。后期随着生产工艺及条件推广不断成熟,本文所制备的负载噬油菌的漂浮微球载体也可用于其他领域造成的水环境污染,对生态环境可持续发展有着重要意义。
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