辽河口滨海湿地芦苇根际土壤中芘和茚并(1,2,3-cd)芘的强化净化技术研究

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辽河口滨海湿地拥有亚洲最大的芦苇湿地,为众多稀有动植物提供栖息地。但由于辽河油田的高强度开发使湿地沉积物和土壤中PAHs的含量较高,其中高分子量(4环-6环)、难生物降解的PAHs就占到总PAHs的近50%,且分布在芦苇的整个生长季内无明显变化。这进一步说明湿地中降解PAHs的微生物活性较低且老化了的PAHs的生物有效性也较低。因此,本文针对辽河口滨海芦苇湿地PAHs污染现状,以湿地土壤内含量较高的芘和茚并(1,2,3-cd)芘为研究对象,在利用湿地芦苇根系分泌物去除芘和茚并(1,2,3-cd)芘的基础上结合微生物固定化技术以增加根际微生物数量和活性,提出湿地植物芦苇-固定化微生物复合系统,以强化微生物群落对高环PAHs的降解。本研究利用筛选到的两株PAHs高效降解菌(PYR1和INP1)作为微生物固定化研究的目标菌株,以工业和生活废物—煤渣作为载体材料,通过包埋法对混合菌进行固定化。然后将固定化生物煤渣粒置于芦苇根际,构建湿地植物-固定化微生物联合净化系统,并对其净化能力及添加的固定化微生物对土壤中细菌群落结构及多样性的影响进行了分析。具体的研究结果如下:(1)从长期受石油污染的滨海湿地中成功筛选出芘和茚并(1,2,3-cd)芘高效降解菌株PYR1和INP1,经16S rDNA鉴定,可确定其分别为Pseudomonas sp.和Acinetobacter sp.。以芘和茚并(1,2,3-cd)芘为唯一碳源,在无机盐培养基中培养18d后,混合菌株PYR1+INP1对芘和茚并(1,2,3-cd)芘的去除率分别为即.3%和59.8%,其对芘的去除率高于单菌,对茚并(1,2,3-cd)芘的去除效果没有单菌好。(2)煤渣、改性PVA和氯化钙的配比为100:5:2.5 (g:mL:mL)时,固定化微球的成球效果、机械强度和传质性能等综合性能较高。固定化微球的内部空间结构富含空隙,通透性增强,利于传质,适于微生物的生长。室内条件下固定化微生物对污染土壤中芘和茚并(1,2,3-cd)芘的去除研究表明,实验30d后,其去除率分别达到70.7%和80.9%,明显高于游离菌和没有包埋菌的煤渣粒的效果。这表明包埋PAHs高效降解菌的固定化生物煤渣粒明显增强了芘和茚并(1,2,3-cd)芘的去除。(3)基于滨海湿地植物和微生物固定化技术构建的芦苇—固定化生物煤渣粒复合系统对芘的去除率达59%以上,对茚并(1,2,3-cd)芘的去除率也超过了80%,说明该联合净化系统适用于滨海湿地的PAHs污染修复。此外,2组装置列PAHs不同的净化效果表明不同PAHs初始浓度对植物-固定化微生物联合净化PAHs的影响是不同的。在一定污染浓度范围内,PAHs污染物浓度越高,其去除率越高。(4)未添加固定化微生物的Shannon指数约为9.3,添加固定化微生物40d后,Shannon指数仅为5.3,固定化微生物的输入对土壤中的土著微生物产生了较大影响,降低了土壤中细菌群落的多样性。添加固定化微生物40d后,所测得的序列在纲的水平上,主要优势菌群为Gammaproteobacteria(Y-变形菌纲),占到了总群落的60%。在属水平上,优势菌为Acinetobacter sp. (12.68%)、 Pseudomonas sp. (7.4%)、Dysgonomonas sp. (3.78%),均具有高效降解PAHs的能力。
摘要第5-7页
Abstract第7-9页
1 绪论第13-25页
    1.1 研究背景及意义第13-14页
    1.2 PAHs的性质及污染现状第14-15页
    1.3 土壤中PAHs的净化技术第15-20页
        1.3.1 物理净化技术第15-16页
        1.3.2 化学净化技术第16-17页
        1.3.3 生物净化技术第17-20页
    1.4 固定化微生物技术第20-22页
        1.4.1 固定化微生物技术研究进展第20-21页
        1.4.2 载体材料第21页
        1.4.3 固定化方法第21-22页
    1.5 本研究的主要内容、研究方法及方法路线第22-25页
        1.5.1 研究内容第22-23页
        1.5.2 研究方法第23-24页
        1.5.3 本研究的技术路线第24-25页
2 芘和茚并(1,2,3-cd)芘降解菌的筛选、鉴定和降解特性研究第25-34页
    2.1 实验材料第25-26页
        2.1.1 样品来源第25页
        2.1.2 实验仪器与药品第25页
        2.1.3 培养基第25-26页
    2.2 实验方法第26-28页
        2.2.1 菌株筛选方法第26页
        2.2.2 菌株鉴定第26-27页
        2.2.3 菌株对PAHs降解能力的测定第27-28页
    2.3 实验结果与讨论第28-33页
        2.3.1 降解菌形态特征第28-29页
        2.3.2 分子生物学鉴定第29-31页
        2.3.3 菌株对PAHs降解能力分析第31-33页
    2.4 小结第33-34页
3 芘和茚并(1,2,3-cd)芘降解菌固定化研究第34-42页
    3.1 实验材料第34-35页
        3.1.1 主要实验试剂与药品第34页
        3.1.2 主要实验仪器第34-35页
    3.2 实验方法第35-37页
        3.2.1 固定化生物煤渣粒的制备第35页
        3.2.2 固定化煤渣粒的微观结构及菌株生长情况观察第35页
        3.2.3 固定化煤渣粒的物理参数测定第35-36页
        3.2.4 固定化生物煤渣粒对芘和茚并(1,2,3-cd)芘的净化效果研究第36-37页
    3.3 实验结果与讨论第37-40页
        3.3.1 煤渣、改性PVA和氯化钙的最佳配比第37-38页
        3.3.2 固定化煤渣粒的微观结构第38页
        3.3.3 固定化煤渣粒的物理性能第38-39页
        3.3.4 固定化生物煤渣粒对芘和茚并(1,2,3-cd)芘的净化效果分析第39-40页
    3.4 小结第40-42页
4 植物-固定化微生物对湿地中PAHs的强化净化研究第42-56页
    4.1 实验材料第42-43页
        4.1.1 实验样品第42-43页
        4.1.2 实验药品及试剂第43页
        4.1.3 实验仪器第43页
    4.2 实验方法第43-46页
        4.2.1 湿地模拟装置的构建第43-45页
        4.2.2 土壤中芘和茚并(1,2,3-cd)芘残留量的测定方法第45页
        4.2.3 土壤中DNA的提取及电泳检测第45页
        4.2.4 土壤细菌DNA的PCR扩增第45-46页
        4.2.5 测序数据分析第46页
    4.3 实验结果与讨论第46-54页
        4.3.1 芦苇-固定化生物煤渣粒对PAHs的净化效果分析第46-49页
        4.3.2 污染土壤中PAHs的初始浓度对其去除效果的影响第49-51页
        4.3.3 添加固定化生物煤渣粒对群落多样性的影响第51-52页
        4.3.4 添加固定化生物煤渣粒对土壤微生物群落结构的影响第52-54页
    4.4 小结第54-56页
5 研究结论、创新点及展望第56-58页
    5.1 结论第56-57页
    5.2 创新点第57页
    5.3 展望第57-58页
参考文献第58-65页
致谢第65-66页
个人简历第66页
攻读硕士学位期间取得的成果第66页
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