包埋固定化原油降解菌群对海洋溢油的降解特性研究

摘要

随着世界经济的不断发展，原油作为重要的战略储备物资，在全球范围内得到了广泛的应用。而几乎90%以上的原油都是通过海洋来进行运输，在输送过程中由于船只破损、碰撞、倾覆等情况都可能会导致溢油事故的发生，对整个生态系统造成一定的影响和危害。为了寻找更有效、环保的溢油应急修复技术，微生物修复法便应用而生。本文分析了游离菌群和包埋固定化菌群对原油的去除效果，为今后的海洋溢油生物修复提供技术和理论支持。 本文将溢油污染地区筛选出的四株原油降解菌进行混合，得到高效原油混合降解菌群。然后进行游离菌群和包埋固定化菌群对原油的降解效果分析及动力学模拟，然后利用响应面分析法模拟不同条件下各因素（氮磷比例、菌液添加量、改性材料添加量、pH）对原油的降解效果影响，得出最优的小球制备条件和降解条件。主要研究情况如下: （1）为了研究营养刺激对微生物代谢生长的影响，本文对比分析了添加N、P营养盐前后游离菌的降解效果，降解率由未添加N、P营养盐的65.78%提高至72.47%。采用GC对游离菌的降解特性进行研究，结果表明，筛选出的高效原油混合降解菌群对C11-C32的短链烷烃具有较好的降解能力。运用不同的降解动力学模型对降解过程进行拟合，发现一级降解动力学方程可以更好的描述游离菌群的降解过程。 （2）采用海藻酸钠为包埋剂，改性黄麻为吸附剂，CaCl2为交联剂，将游离菌群进行包埋固定化。分析了不同包埋剂浓度，吸附剂的添加量、交联剂浓度和交联时间对固定化小球的影响，通过观察小球的成球效果和内部结构以及测试小球的密度、机械强度、传质性能等各项物理指标，确定包埋固定化小球的最优配比。此外，为说明原油降解菌群在固定化小球中的活性以及吸附剂的作用，实验还对比分析了空白小球、只添加改性黄麻、只添加菌液以及同时添加菌液和改性黄麻四种不同包埋状态下小球对原油的去除效果。发现吸附剂黄麻对原油具有微量的吸附作用，且降解菌群经海藻酸钠包埋后仍具有较高的活性。 （3）通过响应面水平分析法考察了N、P营养盐的添加比例、菌液添加量、改性黄麻添加量和pH对降解效果的影响。利用预测模型得出各个因素的最优配比和理想情况下的最优降解率，然后根据实际情况进行平行实验，对预测值进行验证。结果表明，模型预测最优值为88.21%，实际最优降解率为85.52%，两者相差2.5%左右，说明该模型可以很好的用于原油降解条件优化研究。 （4）通过对比游离菌群和固定化菌群的降解曲线，发现固定化菌群的降解过程是一个缓慢释放微生物的过程，稳定降解期约为十天左右，高于游离菌群的七天。对于正构烷烃的降解，主要集中在对碳原子数为11~32的短链烷烃的降解上，这一点与游离菌群的相似，而且对于一些游离菌群难以降解的组分，固定化菌群的降解效果更好。通过动力学模型分析，发现二级降解动力学模型可以更好的用来描述包埋固定化菌群的降解过程。说明固定化菌群对原油的降解过程受到多方面条件的影响，而游离菌群的降解过程是受单一因素的影响。

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第一章 绪论

1.1 原油的组成及危害

1.1.1 原油的成分

1.1.2 原油污染的危害

1.1.3 海洋溢油事故的处置技术

1.2 原油污染的生物降解研究

1.3 微生物固定化的材料与方法

1.3.1 固定化材料

1.3.2 固定化方法

1.4 强化生物修复法的技术手段

1.5 研究内容及技术路线

1.5.1 研究内容

1.5.2 技术路线

第二章 原油降解菌群的构建及其对原油的降解特性研究

2.1 实验材料与仪器

2.1.1 实验菌株

2.1.2 实验材料

2.1.3 实验仪器

2.1.4 实验培养基

2.2 实验内容

2.2.1 实验方法

2.2.2 不同比例N、P营养盐对游离菌群降解率的影响

2.2.3 不同原油浓度对游离菌群降解率的影响

2.2.4 不添加N、P营养盐的游离菌群对原油的降解

2.2.5 添加N、P营养盐的游离菌群对原油的降解

2.2.6 原油标准曲线的测定

2.2.7 原油降解率的测定

2.2.9 降解动力学研究

2.3 实验结果

2.3.1 标准曲线的测定

2.3.2 不同N、P营养盐比例对游离菌群降解效果的影响

2.3.3 不同原油浓度对游离菌群降解率的影响

2.3.4 添加N、P营养前后游离菌群对原油的降解效果分析

2.3.5 游离菌群降解前后烷烃组分分析

2.3.6 游离菌群对原油降解的动力学分析

2.4 本章小结

第三章 包埋固定化小球的制备及性能分析

3.1 实验所需药品和材料

3.2 固定化小球的制备

3.2.1 改性黄麻的制备

3.2.2 海藻酸钠-改性黄麻-CaCl2小球的制备

3.2.3 固定化小球的制备条件优化

3.2.4 固定化小球性能测试

3.3 实验结果

3.3.1 海藻酸钠浓度的优化

3.3.2 黄麻添加量的优化

3.3.3 CaCl2浓度的影响

3.3.4 交联时间的优化

3.3.5 固定化小球的扫描电镜分析

3.4 添加菌液前后海藻酸钠小球对原油的去除特性对比

3.5 本章小结

第四章 影响固定化小球降解因素的响应面分析

4.1 实验药品

4.2 响应面分析法

4.3 单因素变量分析

4.3.1 N、P营养物质的影响

4.3.2 菌液含量的影响

4.3.3 改性材料添加量的影响

4.3.4 pH的影响

4.4 实验结果

4.5 降解条件的响应面优化实验

4.6 响应面优化结果分析

4.7 响应面图像分析

4.8 模型验证

4.9 本章小结

第五章 固定化菌群对原油的降解特性分析

5.1 实验仪器

5.2 降解动力学分析

5.3 固定化菌群对原油的降解效果分析

5.4 固定化菌群降解前后烷烃组分分析

5.5 固定化菌群对原油的降解动力学分析

5.6 固定化菌群与游离菌群的降解效果对比分析

5.7 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢