嗜油菌NY3与土著菌FF生...化降解石油烃的协同机理研究_陈婧.pdf
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1、引用格式:陈婧,聂红云,聂麦茜,等嗜油菌 与土著菌 生物强化降解石油烃的协同机理研究安全与环境工程,():,():嗜油菌 与土著菌 生物强化降解石油烃的协同机理研究陈婧,聂红云,聂麦茜,王磊,陈丽娇,严寒,林莹莹(西安建筑科技大学环境与市政工程学院,陕西 西安 ;陕西省膜分离重点实验室,陕西 西安 )摘要:优良菌与土著菌的相互作用关系是影响生物强化降解石油烃效果的关键因素。前期研究发现,嗜油菌 生物膜对含油废水中石油烃的降解率可保持在 ,处理阶段与恢复阶段生物膜上 菌及 菌的生物量存在此消彼长的变化趋势,本文旨在探明该变化趋势的产生机理。研究结果表明:菌对长链烷烃()的降解率高于 菌,菌对中长
2、链烷烃()、蒽、菲的降解率高于 菌;菌在中性、弱碱性和低盐度环境下对石油烃的降解率高于酸性和高盐度环境,菌在中性、弱酸性、高盐度环境下对石油烃的降解率高于碱性和低盐度环境;菌分泌的鼠李糖脂和绿脓菌素可促进 菌的生长,但 菌分泌的海藻糖脂可抑制 菌的生长。据此可知,菌与 菌能协同降解石油烃,但因胞外分泌物对 菌和 菌的作用不同,致使 菌和 菌的生物量出现此消彼长的变化趋势。关键词:嗜油菌 ;土著菌;石油烃降解;生物强化;协同机理中图分类号:文章编号:()收稿日期:开放科学(资源服务)标识码():基金项目:陕西省科技计划重点创新产业链项目();中国博士后科学基金项目();陕西省科技厅自然科学基础研
3、究计划项目()作者简介:陈婧(),女,硕士研究生,主要研究方向为微生物胞外分泌物在降解过程的作用。:通讯作者:聂红云(),女,博士研究生,讲师,主要从事难降解有机污染物的生物强化处理与资源化方面的研究。:,(,;,):,;,;,第 卷第期 年月安 全 与 环 境 工 程 ;,:;石油开采与石化产品的广泛应用致使石油污染问题日益严峻,针对不同石油烃污染的高效修复技术已成为当前研究的热点。生物法因其能耗低、无二次污染等优势,目前已在石油烃污染修复技术中占据主要地位。生物强化是治理石油烃污染常用的生物修复技术,它通过投加具有降解能力的功能菌或添加可刺激土著微生物生长及降解能力的物质,如表面活性剂、营
4、养物质等,从而起到协同处理石油烃的作用。等研究发现,芽孢杆菌 、和 均能两两协同降解 石油烃,其中 与 协同可使石油烃降解率达到 ;等在处理多环芳烃污染时,通过研究土著菌与外源菌之间的相互协同作用关系表明,菌群(、链霉菌、假 诺 卡 氏 菌、和 )对芘的降解率比单一鞘氨醇单胞菌 增加了 ;等 利用筛选的多环芳烃降解菌组成的优势菌群,在实验室规模的生物反应器中对多环芳烃的降解率达到 ,中试试验时在为期 的生物处理过程中,多环芳烃的平均去除率达到 。虽然上述优势外源菌或菌群的引入在很大程度上提高了难降解有机污染物的降解率,但在实际应用中失败的案例也比比皆是。等 研究发现,假单胞菌()单独作用可降解
5、 的直链烷烃和 的总石油烃(),而混合菌群对直链烷烃和总石油烃的降解效果反而低于假单胞菌;吕莹等 研究认为,生物强化技术引入的功能菌可能会因为实际处理环境的差异而发生基因突变、营养竞争或土著菌与引入菌之间存在刺激致死等情况,从而导致处理效果欠佳。因此,掌握外源优势菌与土著菌之间的相互作用关系是生物强化成功的关键。课题组前期研究发现,嗜油菌 能快速适应石油污染环境以降解石油烃。当以嗜油菌 固定化生物膜处理的含油废水时,时石油烃的降解率可达 ;处理实际采出水,石油烃的降解率亦可达 。进一步的研究发现,生物膜上嗜油菌 和土著菌 为优势菌株,在处理体系中,生物膜上嗜油菌 的生物量随处理时间的延长而降低
6、,而土著菌 的生物量则随处理时间的延长而增加;在恢复体系中,生物膜上嗜油菌 的生物量逐渐增加,土著菌 的生物量则降低。当嗜油菌 与土著菌 的接种体积比为时,其对含油废水中石油烃的降解效率高于仅接种 菌或 菌的体系,这说明 菌和 菌可协同降解石油烃,但为何会出现此消彼长的演替规律尚未可知。基于此,本文选用 菌、菌分别降解石油烃,以期探明 菌与 菌对石油烃的协同降解机理。材料与方法1.1试验材料 菌株铜绿假单胞菌 ,分离自陕北石油污染土壤,登录号为 ;红球菌,分离自 菌处理含油废水的生物膜,登录号为 。原油原油由延长油田提供。培养基无机盐培养基:、磷酸盐缓冲液 、的 、的 、微量元素,蒸馏水定容至
7、,于 高压蒸汽锅灭菌 ,备用。种子液培养基:、蛋白胨、牛肉膏,以 的 溶液将 值调至,蒸馏水定容至,于 高压蒸汽锅灭菌安全与环境工程 :第 卷 ,备用。1.2试验方法 种子液的制备无菌环境下用接种环勾取平板上的 菌或 菌 的 单 菌 落 于 种 子 液 培 养 基 中,将 其 置 于 、的恒温水浴摇床中振荡培养,待 达到 左右,收集种子液备用。初始 值对 菌和 菌降解石油烃的影响无菌环境下分别配制油浓度为的 降解体系:取适量已灭菌的无机盐,加入石油烃,使其最终油浓度为,接种的 菌种子液或 的 菌种子液(均选用最佳接种量),调节各体系初始 值分别为、,将其置于 、的恒温水浴摇床中振荡培养,并设置
8、平行试验。以接种无菌水替代种子液的体系为空白对照,计算 后原油的降解率。盐度对 菌和 菌降解石油烃的影响无菌环境下分别配制油浓度为的 降解体系:取适量已灭菌的无机盐,加入石油烃,使其最终油浓度为,添加 ,使其浓度分别为 、,接种的 菌种子液或 的 菌种子液(均选用最佳接种量),将其置于 、的恒温水浴摇床中振荡培养,并设置平行试验。以接种无菌水替代种子液的体系为空白对照,计算 后原油的降解率。菌和 菌对不同石油组分的降解效果无菌环境下分别配制油浓度为的降解体系:菌接种量为,菌接种量为,将其置其于 、的恒温水浴摇床中振荡培养,萃取剩余油并计算直链烷烃、蒽、菲的降解率。菌胞外分泌物对 菌以石油烃为碳
9、源生长的影响鼠李糖脂()和绿脓菌素()是铜绿假单胞菌 在降解石油烃过程中分泌的特征分泌物 ,根据鼠李糖脂和绿脓菌素在 菌体系中的分泌量,可研究其对 菌以石油烃为碳源生长的影响,具体方法如下:()鼠李糖脂对 菌降解十六烷作用的影响:无菌环境下配制 菌种子液、十六烷的降解体系,调节鼠李糖脂浓度分别为、,将其置于 、的恒温水浴摇床中振荡培养,定期取样,并测其生长指标。()绿脓菌素对 菌降解十六烷作用的影响:无菌环境下配制 菌种子液、十六烷的降解体系,调节绿脓菌素浓度分别为 、,将其置于 、的恒温水浴摇床中振荡培养,定期取样,并测其生长指标。菌胞外分泌物对 菌以石油烃为碳源生长的影响海藻糖脂()是 菌
10、在降解石油烃过程中分泌的一种生物表面活性剂,根据海藻糖脂在 菌体系中的分泌量,可研究其对 菌以石油烃为碳源生长的影响,具体方法如下:无菌环境下配制 菌种子液、十六 烷 的 降 解 体 系,调 节 海 藻 糖 脂 浓 度 分 别 为、,将其置于 、的恒温水浴摇床中振荡培养,定期取样,并测其生长指标。分析方法()残余烃类的萃取方法:在待测样品中加入沸程为 的石油醚 ,超声 后,将其置于 、的恒温水浴摇床中振荡培养 ,重复次,合并石油醚萃取液,待石油醚挥发后,以色谱级正己烷定容至 并过 滤膜,采用气相色谱仪进行测试分析。()气相色谱分析法:利用安捷伦 单检测器()对样品中各组分进行定性和定量分析,根
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