竹炭固定化微生物对土壤中阿特拉津迁移及降解的影响

论文摘要

有毒有害的有机污染物不仅存在于地表，而且更广泛存在于下层土壤以及地下水中。大多数土壤环境都存在着一定程度的天然生物降解有机污染物的过程，在自然条件下，由于存在溶解氧不足、营养物质缺乏和有效微生物生长缓慢等限制因素，使以微生物作用为主的有机污染物净化速度很慢。因此，需要研究微生物在土壤环境中的迁移规律，解析影响微生物生长与降解能力的不饱和下层土壤条件，采用各种方法来强化微生物降解过程。本文研究了竹炭固定化微生物对土壤中阿特拉津迁移及降解的影响。首先从浙江中山化工厂的蓄水池污泥中分离纯化得到阿特拉津降解菌AHAT-3，以竹炭为主要载体材料，以壳聚糖、海藻酸钠为辅助载体，形成“细胞网”结构，采用吸附固定法将阿特拉津降解菌固定在竹炭孔隙中，并利用固定化微生物对土壤中阿特拉津进行降解。通过室内模拟土柱试验，研究阿特拉津在土壤中淋溶迁移规律；并用石英砂模拟土壤颗粒，研究微生物在石英砂柱中的迁移特征。研究结果将为农药污染的微生物修复提供理论基础，并为土壤-水环境中残留农药的快速降解提供新的途径。主要研究内容与结果如下：1.通过富集培养的方法从浙江中山化工厂的蓄水池污泥样品中筛选得到阿特拉津降解菌AHAT-3，应用环境扫描电镜（ESEM）观察降解菌的微观结构，并通过菌株的16S rDNA序列在GenBank中进行比对，构建系统发育树，初步鉴定该降解菌株为Ochrobactrum sp.。该降解菌能以阿特拉津为唯一碳氮源生长，48h达到对数生长期，此时，降解菌量为3.79×109cfu，对阿特拉津的降解率达到43.17%。降解菌在阿特拉津浓度为20mg·L-1的无机盐培养基平板上有以下特征：幼龄培养细胞为杆状，单个，成队连成链状，菌落小，浅红色，圆形，无渗出物，无光泽，表面光滑，边缘规则，半透明，革兰氏染色阴性。菌株生长的最佳pH值为7.08.0，最适温度为2030℃之间。2.利用竹炭的疏松多孔结构,采用吸附法将阿特拉津降解菌固定在竹炭的孔隙中，并应用竹炭固定化微生物降解水溶液及土壤中的阿特拉津。结果表明,阿特拉津降解菌AHAT-3在竹炭上生长良好，且降解菌吸附固定效果受竹炭粒径的影响显著。在降解菌添加量处于同一水平时，竹炭固定降解菌数量随着粒径的减小而增加；添加海藻酸钠、壳聚糖作为辅助剂后，显著提高了竹炭对阿特拉津降解菌的固定化效果。竹炭固定化微生物能显著提高阿特拉津的降解效率，复合使用1%壳聚糖+5%海藻酸钠的竹炭固定化微生物降解效果更好，7d后阿特拉津在水溶液中的残留率为32.19%；28d后，阿特拉津在砂姜黑土中的残留率为48.07%，红壤中为47.23%。3.通过室内模拟土柱试验研究阿特拉津在土壤中淋溶迁移规律。结果表明：（1）淋溶水量相同时，阿特拉津在砂姜黑土中的向下淋溶迁移能力强于红壤；（2）阿特拉津从土壤中的淋出率随着淋溶水量的增多而增加，且出现阿特拉津浓度最大值的土层深度呈下移趋势；（3）加入降解菌后，由于微生物的降解作用，使阿特拉津在2种土壤淋溶液中的浓度均呈现下降趋势，红壤和砂姜黑土中阿特拉津淋出率分别为19.88%和33.66%，降幅分别为25.93%和23.20%。4.采用石英砂模拟土壤颗粒进行试验，研究微生物在石英砂柱中的迁移特征。结果表明：（1）随着竹炭添加比例的增加，微生物从石英砂柱中的淋溶流失减少；（2）添加竹炭能够增加降解菌的吸附固定，减弱微生物在石英砂柱中的淋溶迁移；竹炭添加比例越大，淋溶液中微生物数量越少；（3）石英砂柱中竹炭的添加方式对微生物的淋溶迁移有显著影响，砂柱表层添加竹炭与整柱均匀添加竹炭相比，淋溶液中微生物的出现时间表现出的滞后现象更为显著，且淋溶液中微生物出现时间随竹炭添加比例的增加呈现滞后现象。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 文献综述
• 1 农药在土壤中的淋溶迁移
• 2 微生物在土壤中的淋溶迁移
• 3 微生物固定化的研究进展
• 4 阿特拉津的环境化学行为
• 1 引言
• 2 材料与方法
• 2.1 供试材料
• 2.1.1 供试药品和试剂
• 2.1.2 供试土壤
• 2.1.3 供试竹炭
• 2.2 主要仪器设备
• 2.3 阿特拉津降解菌的筛选与鉴定
• 2.3.1 培养基
• 2.3.2 菌种的分离筛选
• 2.3.3 阿特拉津降解菌的鉴定
• 2.4 竹炭固定化微生物对阿特拉津的降解
• 2.4.1 菌悬液的制备
• 2.4.2 竹炭固定化微生物的制备
• 2.4.3 竹炭固定化微生物的生长规律
• 2.4.4 竹炭固定化微生物对水溶液中阿特拉津的降解
• 2.4.5 竹炭固定化微生物对土壤中阿特拉津的降解
• 2.5 阿特拉津在土壤中的淋溶迁移特性
• 2.5.1 土壤柱填充方法
• 2.5.2 提取与分析
• 2.5.3 土壤类型对阿特拉津在土壤中淋溶迁移的影响
• 2.5.4 淋溶水量对阿特拉津在土壤中淋溶迁移的影响
• 2.6 竹炭固定化微生物在石英砂柱中的淋溶迁移
• 2.6.1 石英砂柱填充方法
• 2.6.2 提取与分析
• 2.6.3 表层添加不同比例竹炭对微生物在石英砂柱中淋溶迁移的影响
• 2.6.4 均匀添加不同比例竹炭对微生物在石英砂柱中淋溶迁移的影响
• 2.7 分析条件与方法
• 2.7.1 阿特拉津 HPLC 测定条件
• 2.7.2 环境扫描电镜分析
• 2.7.3 阿特拉津降解菌种的鉴定
• 2.8 数据处理
• 2.8.1 降解数据处理
• 2.8.2 淋溶数据处理
• 3 结果与分析
• 3.1 竹炭固定化微生物对阿特拉津降解的影响
• 3.1.1 阿特拉津降解菌的鉴定及生长曲线的测定
• 3.1.2 竹炭粒径对固定化微生物生长的影响
• 3.1.3 交联剂海藻酸钠、壳聚糖对竹炭固定化微生物生长的影响
• 3.1.4 竹炭固定化微生物对水溶液中阿特拉津的降解
• 3.1.5 竹炭固定化微生物对土壤中阿特拉津的降解
• 3.2 阿特拉津在土壤中的淋溶迁移特性
• 3.2.1 土壤类型对阿特拉津在土壤中淋溶迁移的影响
• 3.2.2 淋溶水量对阿特拉津在土壤中淋溶迁移的影响
• 3.3 竹炭固定化微生物在石英砂柱中的淋溶迁移
• 3.3.1 表层添加不同比例竹炭对微生物在石英砂柱中淋溶迁移的影响
• 3.3.2 均匀添加不同比例竹炭对微生物在石英砂柱中淋溶迁移的影响
• 4 讨论
• 5 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 作者简介
• 发表论文