麦秸强化油—盐污染土壤生物修复过程研究及场地中试

论文摘要

本文首先综述了土壤修复技术的研究进展,分析了“盐”“油”污染土壤污染特性以及修复难点。基于秸秆类生物质在土壤中的转化提出了麦秸促进油盐污染土壤的生物强化修复的设想,即在耕作层土壤构建疏松麦秸层抑制返盐,利用麦秸转化产物吸附重金属离子以及为外源石油烃降解微生物提供优质碳源,促进其生长及对石油烃的降解。开展了实验室规模的油盐混合污染土壤的原位修复研究。土柱实验表明疏松麦秸层可以促进洗盐和抑制返盐;麦秸转化所产生的糖类物质可为外源石油烃降解微生物阴沟肠杆菌（E. cloacae）和刺孢小克银汉霉菌（C. echinulata）提供优质碳源,麦秸转化所产生的腐殖酸可以吸附液相体系中的重金属离子;添加麦秸不仅可促进外源微生物的生长及其对石油烃的降解,还可抑制土著微生物的竞争作用;随着石油烃的降解,土壤疏水性明显下降,有利于加速洗盐。考察了E. cloacae分泌生物表面活性剂的特性,优化了表面活性剂的产生条件（碳源、氮源、pH值等）。结果表明:E. cloacae所分泌的表面活性剂属不饱和糖脂类生物表面活性剂,可促进菲从模拟土壤——高岭土脱附到液相中,提高其生物可利用度而加速其生物降解。添加葡萄糖可促进E. cloacae分泌表面活性剂及其对于菲的降解。开展了面积7000m2的陈旧型油盐污染土壤生物修复场地中试。结果表明:在耕作层土壤中构建疏松麦秸层可提高洗盐效率;修复地块的土壤电导率及钠离子和氯离子浓度接近或达到正常耕地水平;施加麦秸的土壤中细菌和真菌生物量显著提高,石油烃降解率达67%,小麦产量达正常耕地的72%。依据中试建立了修复技术场地实施规范。制备了包埋多环芳烃类降解真菌P. chrysosporium的木质素-海藻酸钙超大孔微球。结果表明:超大孔微球传质效果好并符合所包埋真菌的贴壁生长特性,促进了真菌的生长,引入木质素使得超大孔载体在包埋真菌的同时吸附富集菲,提高了其生物可利用度,有利于提高菲的降解速率。超大孔载体提供了一种高效便捷的石油烃降解菌菌剂形式。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 文献综述
• 1.1 绪论
• 1.2 盐污染土壤的治理
• 1.2.1 油田产出水污染
• 1.2.2 土壤水盐运动
• 1.2.3 盐污染土壤的治理
• 1.3 石油污染土壤的生物修复
• 1.3.1 生物修复技术分类
• 1.3.2 生物强化修复技术发展的制约因素
• 1.3.3 生物可利用度
• 1.3.4 生物强化修复技术发展趋势
• 1.4 生物表面活性剂
• 1.4.1 生物表面活性剂的分泌
• 1.4.2 生物表面活性剂强化石油烃生物降解的作用机制
• 1.5 油盐污染土壤特点及治理难点
• 1.5.1 油盐污染土壤特点
• 1.5.2 治理难点
• 1.6 秸秆类生物质强化油盐污染土壤生物修复机理的提出
• 1.6.1 秸秆类生物质在土壤中的转化
• 1.6.2 麦秸强化油盐污染土壤生物修复机理
• 1.7 本文研究框架
• 第2章 麦秸的生物转化及其对盐污染治理过程的强化
• 2.1 引言
• 2.2 材料和方法
• 2.2.1 材料
• 2.2.2 麦秸的生物转化
• 2+的吸附'>2.2.3 腐殖酸对Cu²⁺的吸附
• 2.2.4 水浸洗盐
• 2.3 麦秸的生物转化
• 2.3.1 麦秸的降解及糖产物分析
• 2.3.2 麦秸的结构变化
• 2.3.3 麦秸在土壤中转化形成腐殖酸
• 2.4 腐殖酸对重金属离子的吸附作用
• 2.4.1 腐殖酸的表征
• 2+的吸附'>2.4.2 腐殖酸对Cu²⁺的吸附
• 2+的脱附'>2.4.3 Cu²⁺的脱附
• 2+的吸附'>2.4.4 泥浆体系下Cu²⁺的吸附
• 2.5 油盐污染土壤洗盐模拟研究
• 2.5.1 石油烃含量对污染土壤洗盐的影响
• 2.5.2 麦秸促进洗盐效果考察
• 2.5.3 麦秸层对返盐的抑制作用
• 2.6 本章小结
• 第3章 麦秸强化石油烃污染土壤生物修复过程研究
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 材料
• 3.2.2 细菌、真菌的培养及接种
• 3.2.3 石油污染土壤样品制备
• 3.2.4 污染土壤的原位生物强化修复
• 3.2.5 细菌和真菌生物量的检测
• 3.2.6 土壤中总石油烃（TPH）的测定
• 3.2.7 石油中饱和烃、芳烃、沥青胶质的测定
• 3.3 麦秸对微生物的影响
• 3.3.1 细菌和真菌的生长行为
• 3.3.2 脱氢酶活性
• 3.4 石油烃的生物降解
• 3.4.1 总石油烃含量的变化
• 3.4.2 石油烃组分分析
• 3.4.3 污染土壤疏水性变化
• 3.4.4 油盐污染土壤修复策略
• 3.5 麦秸对土著菌竞争作用的抑制
• 3.6 N、P 元素含量对石油烃降解的影响
• 3.7 本章小结
• 第4章 E. cloacae 产生物表面活性剂的鉴定及其对多环芳烃生物降解的影响
• 4.1 引言
• 4.2 材料和方法
• 4.2.1 材料
• 4.2.2 E. cloacae 的培养
• 4.2.3 培养液乳化系数的测定
• 4.2.4 生物表面活性剂的粗提及鉴定
• 4.2.5 生物表面活性剂的“增溶”作用
• 4.2.6 菲的脱附
• 4.2.7 菲的生物降解
• 4.2.8 菲的检测
• 4.3 E. cloacae所产生的生物表面活性剂的鉴定
• 4.3.1 显色反应
• 4.3.2 FTIR 谱图
• 4.3.3 生物表面活性剂的临界胶束浓度（CMC）
• 4.3.4 生物表面活性剂乳化活性的pH 值稳定性
• 4.4 E. cloacae分泌生物表面活性剂的过程优化
• 4.4.1 碳源的影响
• 4.4.2 碳氮比的影响
• 4.4.3 pH 值的影响
• 4.5 生物表面活性剂对菲生物可利用度及其生物降解的影响
• 4.5.1 菲的生物可利用度
• 4.5.2 菲的生物降解
• 4.6 本章小结
• 第5章 麦秸强化油盐污染土壤生物修复工业试验
• 5.1 引言
• 5.2 材料和方法
• 5.2.1 试验场地
• 5.2.2 工业试验方法
• 5.2.3 土壤取样及检测
• 5.2.4 土壤电导率检测
• 5.2.5 小麦产量及品质测定
• 5.2.6 统计分析方法
• 5.3 洗盐过程
• 5.3.1 土壤电导率
• 5.3.2 土壤盐离子含量变化
• 5.3.3 麦秸层转化
• 5.4 石油烃生物降解
• 5.4.1 微生物的生长
• 5.4.2 总石油烃含量变化
• 5.5 试验地块的理化性质分析与土壤生态环境的恢复
• 5.5.1 理化性质分析
• 5.5.2 生态环境恢复
• 5.6 小麦种植试验
• 5.6.1 小麦种植前土壤参数
• 5.6.2 小麦出苗、生长及产量
• 5.6.3 小麦品质检测
• 5.7 成本核算
• 5.8 本章总结
• 第6章 木质素-海藻酸钙超大孔微球的制备及其性能考察
• 6.1 引言
• 6.2 材料和方法
• 6.2.1 实验材料
• 6.2.2 P. chrysosporium 孢子接种物的制备
• 6.2.3 海藻酸钙微球的制备
• 6.2.4 微球传质性能的考察
• 6.2.5 P. chrysosporium 的培养
• 6.2.6 菲的吸附实验
• 6.2.7 菲的降解实验
• 6.2.8 菲浓度测定
• 6.2.9 海藻酸钙微球的表征
• 6.3 超大孔微球制备
• 6.3.1 海藻酸钠浓度对微球形态的影响
• 6.3.2 海藻酸钙超大孔微球的制备
• 6.4 P. chrysosporium的生长行为
• 6.4.1 P. chrysosporium 的生长动力学
• 6.4.2 P. chrysosporium 生长特性考察
• 6.5 固定化P. chrysosporium对菲的生物降解
• 6.5.1 菲吸附等温线
• 6.5.2 菲吸附动力学
• 6.5.3 菲的生物降解
• 6.6 本章小结
• 结论与展望
• 本文结论
• 主要创新点
• 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 实验仪器及主要试剂
• 附录A.1 实验仪器
• 附录A.2 主要试剂
• 附录B 微生物检测方法
• 附录B.1 细菌平板计数法
• 附录B.2 麦角固醇含量测土壤中真菌生物量
• 附录C 土壤相关分析
• 附录C.1 土壤腐殖酸的提取方法
• 附录C.2 脱氢酶活性测定（TTC assay）
• 附录C.3 土壤疏水性的检测方法
• 附录D 其他分析方法
• 附录D.1 石油组分分析
• 附录D.2 DNS 方法检测葡萄糖浓度
• 2+的测定方法'>附录D.3 Cu²⁺的测定方法
• 附录E 海藻酸钙微球制备原理及仪器
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果