海面溢油综合生物修复剂的制备及其强化海面溢油修复效果评价
随着海上石油运输和海上石油开采量迅速增加，海上溢油事故也不断增多，溢油已经成为最严重的海洋生态灾害之一。高效、经济的海上溢油污染治理技术是目前国内外研究的热点。生物修复技术具有成本低、无二次污染等特点，在溢油污染海岸线、潮间带等场地已经获得广泛应用。而接种石油烃降解菌、投加营养剂和添加表面活性剂等已成为强化溢油污染修复的重要技术手段，但在海面溢油修复过程中，上述生物修复剂往往在风、浪、潮汐等作用下被海水高度稀释而扩散流失，不仅不能有效促进石油污染物的降解，而且会导致局部海水富营养化等二次污染。 针对生物修复剂在海面溢油应用时所面临的局限，特别是投加营养剂和表面活性剂在海洋环境中快速流失等突出问题，本论文拟研制一种由高效石油烃降解菌、营养剂以及生物表面活性剂组成的“三合一”的海面溢油综合生物修复剂，该产品为密度略小于海水、具有亲油界面的微胶囊，不仅能够漂浮在海面和吸附在油污染物上，而且能缓释营养剂和生物表面活性剂，使得油污染物乳化分散并为石油烃降解菌提供长久充足的营养剂，以有效提高海面溢油生物修复效率。本论文从石油烃降解菌、营养剂和生物表面活性剂三者之间的匹配性入手，不仅探讨了生物表面活性剂和营养剂促进石油降解菌降解原油的作用机理，为三者复配包埋提供了理论依据，而且开发出了微胶囊状“三合一”的综合生物修复剂的实验室内制备工艺，并通过室外溢油模拟试验，考察了该综合修复剂在海面溢油治理中的应用效果，为生物修复技术在海面溢油的应用提供了应用基础。论文主要研究内容和结果如下： （1）海面溢油综合生物修复剂中高效石油降解菌、生物表面活性剂以及营养剂的选择及三者之间配伍性研究 分别以正十八烷（n-C18）和高密度原油QHD32-6FPSO为单一碳源，筛选出高效石油烃降解菌，同时应用纸片扩散法研究了生物表面活性剂鼠李糖脂对所选育的石油烃降解菌的毒性作用，并且考察了水溶性有机营养盐对所选育的石油烃降解菌生长的影响。结果表明，铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）PS-1、威尼斯不动杆菌（Acinetobacter venetianus）TJ-2和蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus)O-1-1对十八烷和原油的乳化降解作用较好，鼠李糖脂在0~500 mg/L浓度范围内未对三株菌产生抑制作用，并对原油具有良好的增溶乳化作用，同时水溶性有机氮源酵母粉和磷源甘油磷酸钠都能显著促进这三株菌的生长。所以选择上述三株石油烃降解菌、鼠李糖脂和酵母粉及甘油磷酸钠作为制备“三合一”综合生物修复剂中的菌剂、乳化剂和营养剂。 进一步研究表明，鼠李糖脂对石油烃降解菌生长的影响与鼠李糖脂的浓度和降解菌的种属密切相关。当鼠李糖脂浓度当低于其临界胶束浓度（CMC）时，鼠李糖脂能够通过降低水/n-C18间的界面张力，大大增大n-C18在水中的表观溶解度，提高三株菌菌体细胞表面疏水性而增强菌体细胞表面与n-C18的黏附作用，从而促进三株菌对正十八烷的生物降解；在鼠李糖脂浓度大于CMC时，鼠李糖脂能够通过胶束增溶作用增大正十八烷在水中的表观溶解度，并作为共代谢底物促进了威尼斯不动杆菌(A. venetianus) TJ-2和蜡状芽孢杆菌(B. cereus) O-1-1对n-C18的降解，但高浓度鼠李糖脂被铜绿假单胞菌(P. aeruginosa) PS-1优先利用，形成竞争性碳源从而抑制了该菌株对n-C18的降解。 （2）基于微胶囊技术的“三合一”综合溢油生物修复剂的制备和性能评价 以海藻酸钠为微胶囊壁材，以所制备的微胶囊的密度、包埋率、载样量、营养盐的缓释效果为评价指标，比较了锐孔凝固浴法和水油乳化法制备微胶囊生物修复剂的适用性，结果表明，水油乳化法对氮、磷营养剂的包埋率较低，仅分别为为1.6％和为13%，不适用于综合生物修复菌剂的制备。锐孔凝固浴法所制备的微胶囊直径平均为3mm；密度小于海水，石油烃降解菌的包埋率达到58%，氮和磷营养剂的包埋率分别达到98%和38%；氮和磷营养剂的载药量分别为8.5%和磷为3.6%，且营养剂缓释时间可维持24h，初步满足海面溢油综合生物修复剂的要求。 （3）综合生物修复剂强化水面溢油修复效果评价 通过室外溢油修复模拟试验，考察所制备的综合修复剂强化水面溢油修复效果实验，以未添加综合修复剂的溢油体系为对照。结果表明，在14d的修复时间内，与对照体系相比，添加综合生物修复剂体系中氮和磷营养剂含量维持在较高水平，且C/N/P为200:10:1，满足石油降解菌对营养物的需求；且该体系中异养菌总数和石油降解菌总数较对照体系平均高2个数量级；总石油烃降解率达到31.0%，较对照体系提高11.0%，烷烃和芳烃的降解率分别达到80.6%和60.4%，较对照体系分别提高19.0%和9.8%。
海面溢油;综合生物修复剂;降解机理;石油污染物
中国海洋大学
硕士
海洋化学
梁生康
2013
中文
X55;X172
98
2013-09-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）