基于生物碳固定化的海水石油污染微生物修復(fù)問(wèn)題研究
發(fā)布時(shí)間：2014-08-20 10:24
第一章 緒論
1.1 海水石油污染
國(guó)家之間不斷出現(xiàn)由石油引發(fā)的戰(zhàn)爭(zhēng)，導(dǎo)致嚴(yán)重的海水石油污染，例如 1991 年海灣戰(zhàn)爭(zhēng)[2]，導(dǎo)致大量石油侵入阿拉伯灣，大面積造成海水石油污染，造成大量海洋生物受損，赤潮頻發(fā)，由于石油污染，1991 年 12 月時(shí)該海域的生物仍處在 50%～100%之間的高死亡率[3]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上近年來(lái)泄漏石油的事故屢次發(fā)生[2]：2010 年 1 月 23 日美國(guó)得克薩斯州阿瑟港，一油輪與牽引船相撞，油輪船體被撞壞，原油泄露高達(dá)約 170 萬(wàn)升；2010 年 4月 20 日，墨西哥灣英國(guó)石油公司“深水地平線”鉆井平臺(tái)爆炸，每天約有 2.5～3 萬(wàn)桶的原油量注入墨西哥灣，造成面積約為 5180 km2的污染區(qū)，成就美國(guó)史上最大的海水污染災(zāi)難；2010 年 7 月 16 日，遼寧大連中石油新港鎮(zhèn)輸油管道爆炸，導(dǎo)致約 1500 噸原油泄入海洋，海域污染面積達(dá) 430 km2；2011 年 6 月，中海油康菲油田在蓬萊 19-3 油田及西北部海域出現(xiàn)漏油事故，溢油造成的污染面積超過(guò) 5500 km2，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到幾十億元；國(guó)土資源部最新數(shù)據(jù)顯示，“十一五”期間，由勘探海洋石油引發(fā)的溢油事故全國(guó)共發(fā)生 41 起。綜上所述，不論國(guó)內(nèi)還是國(guó)際上，石油泄漏污染海洋事件頻頻發(fā)生，因此海水石油污染已非常嚴(yán)重，我們必須加快治理的步伐。
1.2 海水石油污染修復(fù)方法
處理溢油事故最主要的目標(biāo)是要減少油污在海面上的擴(kuò)散以及由此對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的不利影響。圍油欄、吸油材料和撇油器是目前最常用的封堵海面油污的設(shè)備。理想狀態(tài)下，采用上述方法最大的石油回收率為 30%左右，但環(huán)境條件惡劣時(shí)回收率會(huì)低很多[27]。一旦石油沉入水底，則需要用泵和真空系統(tǒng)將沉積物中的污染物回收，這種回收方式比較適合于近海岸的石油沉積物清理，且要求油沉積層比較厚，水體能見(jiàn)度也要比較高。這種方法費(fèi)用非常高，而且清除效率非常低。目前，不需要儲(chǔ)存、運(yùn)輸和廢物處置并且可以節(jié)省人力資源的原位處置方法和設(shè)備是研發(fā)的重點(diǎn)方向。
…………
第二章 生物碳與石油降解菌的篩選
2.1 引言
生物碳是作物秸稈、松針、玉米芯等生物質(zhì)材料在一定的方法下燒制而成，是一種新型炭質(zhì)材料，表面具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)[55]，因此能夠吸附大量的有機(jī)無(wú)機(jī)分子或微生物。將生物碳作為吸附載體已經(jīng)有很多報(bào)道，一般為吸附各種溶于水或不溶于水的有機(jī)污染物，用于環(huán)境的治理。而由各種生物質(zhì)燒制而成的生物碳的性質(zhì)也各有差異，本文基于海洋環(huán)境篩選一種能較好漂浮于海水表面的生物碳。耐高鹽石油降解菌不論是水體還是土壤中報(bào)道已經(jīng)有很多，從生物法修復(fù)石油污染開(kāi)始發(fā)展時(shí)便是人為的向污染環(huán)境中投加能夠降解環(huán)境污染物的菌種或混合菌種，以促進(jìn)污染物的微生物利用速率，加快污染物的去除，這種方法既能治理污染環(huán)境又無(wú)二次污染，無(wú)毒害等副作用，因此受到環(huán)境治理的青睞，也是目前甚至將來(lái)的著重研究點(diǎn)。目前的主要方法為在污染環(huán)境中篩選出能夠在污染環(huán)境中存活的微生物，利用其對(duì)污染物的吸收利用，人為擴(kuò)大培養(yǎng)，增強(qiáng)其對(duì)污染物利用的效率，然后再接入污染環(huán)境，進(jìn)一步提高其對(duì)污染物的吸收利用速率。由于海水的高鹽環(huán)境，本實(shí)驗(yàn)選取實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有土壤及濱海濕地中篩選的耐高鹽的石油降解菌種，選取一種能較好適應(yīng)海水環(huán)境且降解率最高的菌種，用于菌劑的制備及石油的降解。
2.2 儀器與試劑
石油——采自勝利油田。
人工海水石油培養(yǎng)基——按質(zhì)量比為 1%的比例向人工海水培養(yǎng)基中加入石油。
菌種——實(shí)驗(yàn)室選取五種耐鹽菌
2.3 實(shí)驗(yàn)方法
將松針、稻草及玉米芯粉碎或不粉碎，洗凈晾干后，各稱取 20g 于坩堝中，蓋上蓋子置于一定溫度的馬弗爐中采用中低溫區(qū)間（200—500℃）限氧升溫熔融炭化法[50]炭化 4 小時(shí)，冷卻至室溫后取出，即制得生物碳。將產(chǎn)物過(guò) 30 目、80 目及 200 目篩后即得到不同粒徑的生物碳。
先取三只試管，用蒸餾水洗凈，分別加入 20ml 人工海水，加入三種炭化溫度為 300℃未過(guò)篩的生物碳，分別標(biāo)記為 A、B、C。A——松針碳；B——草碳；C——玉米芯碳。放入 30℃、160r/min 的恒溫?fù)u床中震蕩一天，觀察生物碳在其中的漂浮狀況，用漂浮率 P（用9cm 定性濾紙過(guò)濾出漂浮在表面的生物碳，烘干至恒重后稱重，減去濾紙質(zhì)量得到浮碳質(zhì)量，計(jì)算其占總投加碳的比例，即得漂浮率）表示生物碳的漂浮性質(zhì)，最后選取一種漂浮性質(zhì)最好的用于后續(xù)試驗(yàn)。
..............
第三章 松針碳吸附性質(zhì)........................................21
3.1 引言...........................................................................21
3.2 儀器與試劑....................................21
第四章 固定化微生物對(duì)海水石油污染的修復(fù)......................25
4.1 引言.............................................25
4.2 儀器與試劑.....................................25
4.2.1 試劑................................................25
4.2.2 儀器.....................................................25
4.3 實(shí)驗(yàn)方法.....................................26
4.3.1 菌劑的制備 ...................................................26
第五章 結(jié)論與展望.............................................31
5.1 主要結(jié)論.....................................................31
5.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)與意義 .....................31
5.3 不足之處與展望.........................................31
第四章 固定化微生物對(duì)海水石油污染的修復(fù)
4.1 引言
上文分別篩選出了適合海洋環(huán)境的松針碳及石油降解菌，并對(duì)松針碳的吸附能力做了初步研究，雖然松針碳吸附菌的能力不是很強(qiáng)，但其吸附石油的能力較為突出，可以吸附石油形成球狀混合物，漂浮于海水表面，只要用網(wǎng)篩便可將吸附石油后的松針碳取出水面，同時(shí)其固定的菌體部分會(huì)進(jìn)入水體，降解剩余石油，取出的球狀碳與石油混合物不用再留在水中讓石油降解，因此避免了石油的進(jìn)一步擴(kuò)散，省時(shí)省力的利用微生物降解石油。接下來(lái)便是用篩選出的生物碳與石油降解菌利用吸附法在固定化培養(yǎng)基中組成菌劑，進(jìn)行菌劑修復(fù)海水石油污染的初步實(shí)驗(yàn)，確定菌劑的最佳投加量，同時(shí)測(cè)定石油降解菌降解的石油組分，再通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定降解平衡時(shí)間。
本文編號(hào)：8423
1.1 海水石油污染
國(guó)家之間不斷出現(xiàn)由石油引發(fā)的戰(zhàn)爭(zhēng)，導(dǎo)致嚴(yán)重的海水石油污染，例如 1991 年海灣戰(zhàn)爭(zhēng)[2]，導(dǎo)致大量石油侵入阿拉伯灣，大面積造成海水石油污染，造成大量海洋生物受損，赤潮頻發(fā)，由于石油污染，1991 年 12 月時(shí)該海域的生物仍處在 50%～100%之間的高死亡率[3]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上近年來(lái)泄漏石油的事故屢次發(fā)生[2]：2010 年 1 月 23 日美國(guó)得克薩斯州阿瑟港，一油輪與牽引船相撞，油輪船體被撞壞，原油泄露高達(dá)約 170 萬(wàn)升；2010 年 4月 20 日，墨西哥灣英國(guó)石油公司“深水地平線”鉆井平臺(tái)爆炸，每天約有 2.5～3 萬(wàn)桶的原油量注入墨西哥灣，造成面積約為 5180 km2的污染區(qū)，成就美國(guó)史上最大的海水污染災(zāi)難；2010 年 7 月 16 日，遼寧大連中石油新港鎮(zhèn)輸油管道爆炸，導(dǎo)致約 1500 噸原油泄入海洋，海域污染面積達(dá) 430 km2；2011 年 6 月，中海油康菲油田在蓬萊 19-3 油田及西北部海域出現(xiàn)漏油事故，溢油造成的污染面積超過(guò) 5500 km2，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到幾十億元；國(guó)土資源部最新數(shù)據(jù)顯示，“十一五”期間，由勘探海洋石油引發(fā)的溢油事故全國(guó)共發(fā)生 41 起。綜上所述，不論國(guó)內(nèi)還是國(guó)際上，石油泄漏污染海洋事件頻頻發(fā)生，因此海水石油污染已非常嚴(yán)重，我們必須加快治理的步伐。
1.2 海水石油污染修復(fù)方法
處理溢油事故最主要的目標(biāo)是要減少油污在海面上的擴(kuò)散以及由此對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的不利影響。圍油欄、吸油材料和撇油器是目前最常用的封堵海面油污的設(shè)備。理想狀態(tài)下，采用上述方法最大的石油回收率為 30%左右，但環(huán)境條件惡劣時(shí)回收率會(huì)低很多[27]。一旦石油沉入水底，則需要用泵和真空系統(tǒng)將沉積物中的污染物回收，這種回收方式比較適合于近海岸的石油沉積物清理，且要求油沉積層比較厚，水體能見(jiàn)度也要比較高。這種方法費(fèi)用非常高，而且清除效率非常低。目前，不需要儲(chǔ)存、運(yùn)輸和廢物處置并且可以節(jié)省人力資源的原位處置方法和設(shè)備是研發(fā)的重點(diǎn)方向。
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第二章 生物碳與石油降解菌的篩選
2.1 引言
生物碳是作物秸稈、松針、玉米芯等生物質(zhì)材料在一定的方法下燒制而成，是一種新型炭質(zhì)材料，表面具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)[55]，因此能夠吸附大量的有機(jī)無(wú)機(jī)分子或微生物。將生物碳作為吸附載體已經(jīng)有很多報(bào)道，一般為吸附各種溶于水或不溶于水的有機(jī)污染物，用于環(huán)境的治理。而由各種生物質(zhì)燒制而成的生物碳的性質(zhì)也各有差異，本文基于海洋環(huán)境篩選一種能較好漂浮于海水表面的生物碳。耐高鹽石油降解菌不論是水體還是土壤中報(bào)道已經(jīng)有很多，從生物法修復(fù)石油污染開(kāi)始發(fā)展時(shí)便是人為的向污染環(huán)境中投加能夠降解環(huán)境污染物的菌種或混合菌種，以促進(jìn)污染物的微生物利用速率，加快污染物的去除，這種方法既能治理污染環(huán)境又無(wú)二次污染，無(wú)毒害等副作用，因此受到環(huán)境治理的青睞，也是目前甚至將來(lái)的著重研究點(diǎn)。目前的主要方法為在污染環(huán)境中篩選出能夠在污染環(huán)境中存活的微生物，利用其對(duì)污染物的吸收利用，人為擴(kuò)大培養(yǎng)，增強(qiáng)其對(duì)污染物利用的效率，然后再接入污染環(huán)境，進(jìn)一步提高其對(duì)污染物的吸收利用速率。由于海水的高鹽環(huán)境，本實(shí)驗(yàn)選取實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有土壤及濱海濕地中篩選的耐高鹽的石油降解菌種，選取一種能較好適應(yīng)海水環(huán)境且降解率最高的菌種，用于菌劑的制備及石油的降解。
2.2 儀器與試劑
石油——采自勝利油田。
人工海水石油培養(yǎng)基——按質(zhì)量比為 1%的比例向人工海水培養(yǎng)基中加入石油。
菌種——實(shí)驗(yàn)室選取五種耐鹽菌
2.3 實(shí)驗(yàn)方法
將松針、稻草及玉米芯粉碎或不粉碎，洗凈晾干后，各稱取 20g 于坩堝中，蓋上蓋子置于一定溫度的馬弗爐中采用中低溫區(qū)間（200—500℃）限氧升溫熔融炭化法[50]炭化 4 小時(shí)，冷卻至室溫后取出，即制得生物碳。將產(chǎn)物過(guò) 30 目、80 目及 200 目篩后即得到不同粒徑的生物碳。
先取三只試管，用蒸餾水洗凈，分別加入 20ml 人工海水，加入三種炭化溫度為 300℃未過(guò)篩的生物碳，分別標(biāo)記為 A、B、C。A——松針碳；B——草碳；C——玉米芯碳。放入 30℃、160r/min 的恒溫?fù)u床中震蕩一天，觀察生物碳在其中的漂浮狀況，用漂浮率 P（用9cm 定性濾紙過(guò)濾出漂浮在表面的生物碳，烘干至恒重后稱重，減去濾紙質(zhì)量得到浮碳質(zhì)量，計(jì)算其占總投加碳的比例，即得漂浮率）表示生物碳的漂浮性質(zhì)，最后選取一種漂浮性質(zhì)最好的用于后續(xù)試驗(yàn)。
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第三章 松針碳吸附性質(zhì)........................................21
3.1 引言...........................................................................21
3.2 儀器與試劑....................................21
第四章 固定化微生物對(duì)海水石油污染的修復(fù)......................25
4.1 引言.............................................25
4.2 儀器與試劑.....................................25
4.2.1 試劑................................................25
4.2.2 儀器.....................................................25
4.3 實(shí)驗(yàn)方法.....................................26
4.3.1 菌劑的制備 ...................................................26
第五章 結(jié)論與展望.............................................31
5.1 主要結(jié)論.....................................................31
5.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)與意義 .....................31
5.3 不足之處與展望.........................................31
第四章 固定化微生物對(duì)海水石油污染的修復(fù)
4.1 引言
上文分別篩選出了適合海洋環(huán)境的松針碳及石油降解菌，并對(duì)松針碳的吸附能力做了初步研究，雖然松針碳吸附菌的能力不是很強(qiáng)，但其吸附石油的能力較為突出，可以吸附石油形成球狀混合物，漂浮于海水表面，只要用網(wǎng)篩便可將吸附石油后的松針碳取出水面，同時(shí)其固定的菌體部分會(huì)進(jìn)入水體，降解剩余石油，取出的球狀碳與石油混合物不用再留在水中讓石油降解，因此避免了石油的進(jìn)一步擴(kuò)散，省時(shí)省力的利用微生物降解石油。接下來(lái)便是用篩選出的生物碳與石油降解菌利用吸附法在固定化培養(yǎng)基中組成菌劑，進(jìn)行菌劑修復(fù)海水石油污染的初步實(shí)驗(yàn)，確定菌劑的最佳投加量，同時(shí)測(cè)定石油降解菌降解的石油組分，再通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定降解平衡時(shí)間。
4.2 儀器與試劑
稱取四組 0.2、0.3、0.5、0.7g 松針碳作為菌劑制備的載體，同時(shí)配置固定化培養(yǎng)基，按 5%接種量接入活化后的枯草芽孢桿菌與稱好的松針碳，30℃，160 r/min 搖床培養(yǎng) 18h，然后用 30 目的篩子過(guò)濾出吸附好菌體的松針碳，即菌劑。
……………
第五章 結(jié)論與展望
主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)就是將生物碳作為石油降解菌的載體應(yīng)用于海水中，來(lái)修復(fù)其石油污染。本文研究用松針碳本身既能吸附大量石油，又能固定菌投入石油污染海水中，起到了吸附與降解的雙重效果。并且生物碳能較好漂浮于海水表面，吸附表面大量石油，也便于打撈，對(duì)于石油泄漏初期的清理非常有意義；吸附固定的菌又能降解石油，對(duì)于長(zhǎng)期徹底清除海水表面甚至溶于水或海水中、海底的石油都非常有用；生物碳作為載體，其廉價(jià)的成本也會(huì)成為將來(lái)研究的重點(diǎn)。
不足之處就是本文只限于研究松針碳作為漂浮較好的生物碳，其他的生物碳尚未研究；海水采用人工配置；松針碳雖然漂浮效果較好，但固定菌的能力從固定百分比上看相對(duì)較弱，固定的總數(shù)相對(duì)較少；石油降解菌選取實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有菌種，降解能力毋庸置疑，但隨著時(shí)間的變化，海洋環(huán)境的變化等，菌的降解能力不能保證始終如一。對(duì)于本文的展望就是希望接下來(lái)有機(jī)會(huì)研究其他生物碳的吸附能力及降解效果，能夠在真正的石油污染海水中試驗(yàn)本文研究成果，能夠在石油污染海水中篩選新的降解率高的菌種；對(duì)于未來(lái)的展望就是不論是在水中還是在土壤中，生物碳基于其廉價(jià)的成本與良好的吸附能力必將作為固定化微生物法修復(fù)石油污染的研究重點(diǎn)。
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參考文獻(xiàn)（略）
本文編號(hào)：8423
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