基于生物碳固定化的海水石油污染微生物修復問題研究
1.1 海水石油污染
國家之間不斷出現由石油引發的戰爭，導致嚴重的海水石油污染，例如 1991 年海灣戰爭[2]，導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，由于石油污染，1991 年 12 月時該海域的生物仍處在 50%～100%之間的高死亡率[3]。據統計，世界上近年來泄漏石油的事故屢次發生[2]：2010 年 1 月 23 日美國得克薩斯州阿瑟港，一油輪與牽引船相撞，油輪船體被撞壞，原油泄露高達約 170 萬升；2010 年 4月 20 日，墨西哥灣英國石油公司“深水地平線”鉆井平臺爆炸，每天約有 2.5～3 萬桶的原油量注入墨西哥灣，造成面積約為 5180 km2的污染區，成就美國史上最大的海水污染災難；2010 年 7 月 16 日，遼寧大連中石油新港鎮輸油管道爆炸，導致約 1500 噸原油泄入海洋，海域污染面積達 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漏油事故，溢油造成的污染面積超過 5500 km2，經濟損失達到幾十億元；國土資源部最新數據顯示，“十一五”期間，由勘探海洋石油引發的溢油事故全國共發生 41 起。綜上所述，不論國內還是國際上，石油泄漏污染海洋事件頻頻發生，因此海水石油污染已非常嚴重，我們必須加快治理的步伐。
1.2 海水石油污染修復方法
處理溢油事故最主要的目標是要減少油污在海面上的擴散以及由此對環境產生的不利影響。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備。理想狀態下，采用上述方法最大的石油回收率為 30%左右，但環境條件惡劣時回收率會低很多[27]。一旦石油沉入水底，則需要用泵和真空系統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，水體能見度也要比較高。這種方法費用非常高，而且清除效率非常低。目前，不需要儲存、運輸和廢物處置并且可以節省人力資源的原位處置方法和設備是研發的重點方向。
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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、玉米芯等生物質材料在一定的方法下燒制而成，是一種新型炭質材料，表面具有豐富的孔隙結構[55]，因此能夠吸附大量的有機無機分子或微生物。將生物碳作為吸附載體已經有很多報道，一般為吸附各種溶于水或不溶于水的有機污染物，用于環境的治理。而由各種生物質燒制而成的生物碳的性質也各有差異，本文基于海洋環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道已經有很多，從生物法修復石油污染開始發展時便是人為的向污染環境中投加能夠降解環境污染物的菌種或混合菌種，以促進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境又無二次污染，無毒害等副作用，因此受到環境治理的青睞，也是目前甚至將來的著重研究點。目前的主要方法為在污染環境中篩選出能夠在污染環境中存活的微生物，利用其對污染物的吸收利用，人為擴大培養，增強其對污染物利用的效率，然后再接入污染環境，進一步提高其對污染物的吸收利用速率。由于海水的高鹽環境，本實驗選取實驗室現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海水環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。
人工海水石油培養基——按質量比為 1%的比例向人工海水培養基中加入石油。
菌種——實驗室選取五種耐鹽菌
2.3 實驗方法
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間（200—500℃）限氧升溫熔融炭化法[50]炭化 4 小時，冷卻至室溫后取出，即制得生物碳。將產物過 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℃未過篩的生物碳，分別標記為 A、B、C。A——松針碳；B——草碳；C——玉米芯碳。放入 30℃、160r/min 的恒溫搖床中震蕩一天，觀察生物碳在其中的漂浮狀況，用漂浮率 P（用9cm 定性濾紙過濾出漂浮在表面的生物碳，烘干至恒重后稱重，減去濾紙質量得到浮碳質量，計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，最后選取一種漂浮性質最好的用于后續試驗。
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第三章 松針碳吸附性質........................................21
3.1 引言...........................................................................21
3.2 儀器與試劑....................................21
第四章 固定化微生物對海水石油污染的修復......................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 實驗方法.....................................26
4.3.1 菌劑的制備 ...................................................26
第五章 結論與展望.............................................31
5.1 主要結論.....................................................31
5.2 主要創新點與意義 .....................31
5.3 不足之處與展望.........................................31
第四章 固定化微生物對海水石油污染的修復
4.1 引言
上文分別篩選出了適合海洋環境的松針碳及石油降解菌，并對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，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，只要用網篩便可將吸附石油后的松針碳取出水面，同時其固定的菌體部分會進入水體，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一步擴散，省時省力的利用微生物降解石油。接下來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基中組成菌劑，進行菌劑修復海水石油污染的初步實驗，確定菌劑的最佳投加量，同時測定石油降解菌降解的石油組分，再通過實驗確定降解平衡時間。
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，同時配置固定化培養基，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 18h，然后用 30 目的篩子過濾出吸附好菌體的松針碳，即菌劑。
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第五章 結論與展望
主要創新點就是將生物碳作為石油降解菌的載體應用于海水中，來修復其石油污染。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，對于長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，其廉價的成本也會成為將來研究的重點。
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較弱，固定的總數相對較少；石油降解菌選取實驗室現有菌種，降解能力毋庸置疑，但隨著時間的變化，海洋環境的變化等，菌的降解能力不能保證始終如一。對于本文的展望就是希望接下來有機會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；對于未來的展望就是不論是在水中還是在土壤中，生物碳基于其廉價的成本與良好的吸附能力必將作為固定化微生物法修復石油污染的研究重點。
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參考文獻（略）
本文編號：8423
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