CN102172612A

CN102172612A - 利用三棱草与微生物联合修复石油类污染湿地的方法

Info

Publication number: CN102172612A
Application number: CN2011100645101A
Authority: CN
Inventors: 刘晓艳; 王珍珍; 张新颖; 王君; 刘珊珊; 刘发辉; 陈丽莎; 田翔; 朱树超
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2011-03-17
Filing date: 2011-03-17
Publication date: 2011-09-07

Abstract

本发明涉及一种采用三棱草（Carex phacota Spr.）与微生物联合修复石油类污染湿地的方法。该方法的具体步骤为：在石油类污染湿地的土壤中种植三棱草，待其适应后，在土壤中加入嗜油菌的菌悬液，在嗜油菌与植物根系的协同作用下，除去土壤中的石油类油污；所述的种植三棱草的密度为300~800株/m²；所述的菌悬液的加入量为：每千克土壤中加入10ml菌悬液；一般加入菌悬液与土壤的体积重量比为1~5:100ml/g。本发明采用筛选得到的降解菌群可强化三棱草根际对于油类污染物的降解。通过这种方式，可以从土壤中去除大量的石油类有机物，从而达到快速、彻底去除土壤中大量石油类污染物的作用。具有对环境破坏小、不破坏土壤理化性质及费用低等优点。

Description

利用三棱草与微生物联合修复石油类污染湿地的方法

技术领域

本发明涉及受石油类污染湿地的植物-微生物联合修复方法，具体说是一种利用多年生莎草科植物三棱草（Carex phacota Spr.）联合嗜油菌群修复石油类污染湿地的方法。

背景技术

石油的大规模开采、冶炼、运输、使用和处理过程中，污染、遗漏、井喷、输油管道泄漏等事故频发，导致严重的土壤污染。我国石油污染的土壤和水体面积也不断扩大，污染程度日趋严重。船只突发性污染泄漏事故的风险较高，溢油事件时有发生，使滨海与一些湖泊附近湿地生态***也受到了一定程度的污染。溢入水中的石油类污染物会逐渐发生物理风化（如蒸发、乳化、扩散、溶解、吸附和沉降）、化学风化（主要是光降解作用）和生物风化（主要是生物降解）等作用。溢油刚进入水体后，由于油膜很厚会迅速向四周扩展，当油层变薄和破裂为碎片后就加速了油层面积并加强了风化过程例如蒸发、溶解和乳化作用进程。江面上的石油类其中的低分子量的苯类和多环芳烃类致癌物质有极少部分可溶解于水中，其它组分在波浪作用及经过蒸发、乳化及吸附作用后而产生重质油或残油，这部分油会向岸边聚集，这些剩余部分形成致密的分散离子，聚合成沥青块，它们与江岸相互作用并被吸附，某些悬浮油滴及重质组分会附着在悬浮颗粒物质上而慢慢下沉到底部沉降下来进入沉积物中或漂浮于岸边的湿地中。

石油对土壤污染主要集中在20cm左右的表层，进入土壤后，会破坏土壤结构，分散土粒，使土壤透水性降低，其富含的反应基能与无机氮、磷结合并限制硝化作用和脱磷酸作用，从而使土壤有效氮、磷的含量减少。其中的多环芳烃等，因具有“三致”效应和通过食物链在生物体内富集。对生态环境、食品安全和人身健康构成严重威胁，成为困扰环境领域重要的社会与环境问题。在土壤中的石油含量较高时，对植物的生长有抑制作用。石油破坏土壤—植物—水分子之间的关系，对气体的排斥，引起厌氧条件的发生，使根不能正常呼吸和吸收水分。不同的植物种类，其受到石油类污染物的抑制效果是不一样的。近年来，国内外对于土壤中石油类污染物的降解研究较多，但针对湿地的石油污染生态修复研究，还处于薄弱环节。

利用自然界广泛存在的微生物对有机物很强的分解代谢能力对石油烃污染环境进行修复，具有其它方法不可替代的优势。生物修复中微生物的作用占优势，多种细菌和真菌都表现出利用石油烃的特性，被实践用来处理海洋溢油事件，废弃物处理，油的生物乳化等。因此获得优良的微生物，并研究其降解特性，对于成功实施环境修复十分重要。土著微生物相对于外源混合菌在石油污染土壤的生物修复中可以发挥更重要的作用。故主要是采用从石油污染土壤中筛选出各种嗜油微生物，然后将其投加到油污土壤中的生物修复方法。植物是一个有效的土壤污染处理***，主要通过直接吸收石油污染物、释放分泌物和酶、刺激根区微生物的活性并强化生物转化作用。植物促进有机污染物的降解一方面是由于根际作用增加了微生物降解菌的数量，另一方面是因为植物分泌有机物为微生物共代谢提供了基质底物。微生物的活动也促进了根系分泌物的释放。另外，植物还可为微生物提供生存场所和可转移的氧气，使根区的好氧转化作用得以正常进行。不同植物由于不同的根特性，具有不同的修复效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用三棱草（Carex phacota Spr.）联合嗜油微生物修复石油类污染湿地的方法。

为实现上述目的，本发明采用的机理为：本发明所采用的植物三棱草（Carex phacota Spr.）为有喙红苞薹多年生草本。根茎短，横生。秆簇生，高20~60厘米，三棱形。叶片线形，常与秆等长，宽约6毫米；有叶鞘。花单性，雌雄同株；花序通常长10~15厘米；小穗3~10，雄性小穗顶生，稍纤弱，长2~5厘米；雌性小穗侧生，圆柱形，长2.5~5厘米；鳞片覆瓦状排列，雌花的鳞片卵形，淡褐色，有脉3条，脊延伸成一长尖头；雄蕊3；花柱2裂；囊苞卵形，有短喙，褐色。小坚果淡褐色，三棱形。抽穗期夏秋。生于山坡草丛中。是边湿地中的典型本土植物，呈单一群落或三棱草-藨草混合群落分布；三棱草的根系发达，并可与根际微生物协同发挥促进作用，有利于加入土壤的嗜油菌对石油烃进行良好的降解作用，进而强化三棱草对土壤中石油烃污染物的降解。在石油烃污染土壤上种植三棱草，三棱草发达的根际及其根际微生物的活动以及分泌物和酶的作用，加入土壤的嗜油菌也对石油烃有良好的降解效果，可强化三棱草对土壤中石油烃污染物的降解，该方法还可以避免二次污染的发生。

根据上述机理，本发明采用如下技术方案为：

一种利用三棱草与微生物联合修复石油类污染湿地的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：在石油类污染湿地的土壤中种植三棱草，待其适应后，在土壤中加入嗜油菌的菌悬液，在嗜油菌与植物根系的协同作用下，除去土壤中的石油类油污；所述的种植三棱草的密度为300~800株/m²；所述的菌悬液与土壤的体积质量比为1~5:100ml/g。

上述的嗜油菌的菌悬液的配制方法为：将嗜油菌在30℃下培养至对数期，离心后收集菌体，用生理盐水反复洗涤后悬浮在生理盐水中，调节吸光度OD₆₆₀为1.5。

上述的嗜油菌的菌悬液由假单胞菌HPM1、假单胞菌HPM3和产碱杆菌属HPM2按1:1:1的体积比配制成的混合液。

上述的油污湿地的油污含量为20000mg/kg以内。

上述的石油类油污为汽油、柴油、重油、煤油或原油油污。

本发明通过种植石油烃修复植物三棱草与嗜油菌联合作用来修复石油烃污染土壤。该方法与传统土壤治理方法相比，具有投资少、工程量小、技术要求不高等优点，无二次污染。修复进程不仅不会破坏土壤生态环境，还有助于改善因石油烃污染而引起的土壤退化和生产力下降，恢复并提高其生物多样性。三棱草高可达1.5米，茎三棱型，轮生长矛状叶，顶端生棕色花，结果后逐渐变黄；生长于各地的水地带。

附图说明

图1 三棱草与嗜油菌群对柴油污染物降解后的剩余含量；

图2 三棱草与土著嗜油菌群降解对柴油污染物的去除率；

图3 三棱草与土著嗜油菌群对柴油污染物中链烃组分的降解特征。

具体实施方式

实施例一：三棱草与土著嗜油菌群的除油户外试验

本实验于2009年8月进行。实验地点在上海大学环境与化学实验楼五楼露天阳台，该研究所处上海市宝山区，属湿带半湿大陆性季风气候，年降水量在500~600左右。试验用原始石油污染土壤取自黄浦江—长江口湿地土壤，并从中筛取出本实验所采用的三种嗜油菌株。清洁土壤取自上海大学东区花坛，过2mm筛后，按沙土比2:3均匀混合，并配制成不同柴油浓度梯度的土壤。配制成5个浓度梯度，分别为：1000mg/kg，5000mg/kg，10000mg/kg，15000mg/kg，20000mg/kg。实验共设三个处理，分别为：油污土（空白组）、油污土接种菌（微生物组）、油污土接种菌种入三棱草（实验组）。接种菌悬液为：将嗜油菌在30℃下培养至对数期，离心后收集菌体，用生理盐水反复洗涤后悬浮在生理盐水中，调节吸光度（OD₆₆₀）为1.5，菌悬液为三种菌株的1:1:1混合液。每千克土壤中菌悬液的加入量为10ml。根据土壤水分丰缺状况，不定期浇水，使土壤饱和含水。实验初期，由于土壤肥力低，将肥料溶于水，形成肥料溶液后喷洒于土壤中，每千克土壤中的肥料加入量为13.6g尿素，5g过磷酸钙。浇入菌液时利用小铁铲松动表土，松土时不要伤到三棱草的根，从而保证菌液的均匀分布与土壤中氧气充足，利于三棱草和微生物的生长繁殖。

实验共历时60天，在实验过程中间歇采取土样测定其中柴油含量与组分发生的变化。　　实验结果如下：

（1）三棱草联合嗜油菌群对不同浓度油污的降解效率：在不同柴油污染物浓度下，三棱草对污染物显示出了较强的耐受性，无表观毒害特征，植株均生长良好。从图1各组样品的剩余残油量可以看出，嗜油菌群对土壤中存在的不同浓度的柴油污染物具有一定的降解效果，但在三棱草与嗜油菌的共同作用下，土壤中残油量就会大幅度降低，可见三棱草与嗜油菌的联合作用确实对柴油污染物具有良好的去除效果。图2显示出了在嗜油菌群及与三棱草的联合作用下，在1000~20000mg/kg的不同浓度柴油污染下，污染物的去除率基本上分布在60~80%范围内，最高可达近80%；而嗜油菌对柴油的去除率仅可在45.0~67.4%范围内。可以看出，在各种污染物浓度下，三棱草与嗜油菌的协同作用使得柴油污染物的去除率比嗜油菌的去除率有了较大的提高，被污染土壤植物根际微生态环境对微生物活性具有诱导作用，有利于石油烃的降解和污染土层的生物修复。在低浓度柴油的土壤中，由于柴油挥发性与检测分析域值的影响，去除率出现峰值；而实际情况是，随着土壤中柴油浓度的增大，在三棱草与嗜油菌的共同作用下柴油污染物的去除率提高了。

（2）三棱草联合嗜油菌作用下对柴油组分的降解效果：对剩余残油污染进行气相色谱分析发现（如图3所示），在没有嗜油菌与三棱草的条件下，油污中正构烷烃各组分含量均较高，含量最高的峰值是在C₁₉，而在嗜油菌群的降解作用下，油类污染物各组分的相对含量明显降低，尤其是在三棱草与嗜油菌的植物-微生物联合作用下，油污中正构烷烃各组分的相对含量从C₁₂~C₃₁范围内均有很大程度的降解。

研究证明，利用三棱草作为油污湿地环境的修复植物，在20000mg/kg以内的油污湿地土壤中种植三棱草，密度控制在300~800株/m²范围内，通过三棱草生长及反复刈割过程，即可除去岸边沉积物中的过量油类污染物。这种湿地岸边沉积物柴油污染的三棱草植物修复方法具有修复效率高、费用低、操作方便、环境风险小及原位修复等特点。

Claims

1.一种利用三棱草与微生物联合修复石油类污染湿地的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：在石油类污染湿地的土壤中种植三棱草，待其适应后，在土壤中加入嗜油菌的菌悬液，在嗜油菌与植物根系的协同作用下，除去土壤中的石油类油污；所述的种植三棱草的密度为300~800株/m²；所述的菌悬液与土壤的体积质量比为1~5:100ml/g。

2.根据权利要求1所述的利用三棱草与微生物联合修复石油类污染湿地的方法，其特征在于所述的嗜油菌的菌悬液的配制方法为：将嗜油菌在30℃下培养至对数期，离心后收集菌体，用生理盐水反复洗涤后悬浮在生理盐水中，调节吸光度OD₆₆₀为1.5。

3.根据权利要求2所述的利用三棱草与微生物联合修复石油类污染湿地的方法，其特征在于所述的嗜油菌的菌悬液由假单胞菌HPM1、假单胞菌HPM3和产碱杆菌属HPM2按1:1:1的体积比配制成的混合液。

4.根据权利要求1所述的利用三棱草与微生物联合修复石油类污染湿地的方法，其特征在于所述的油污湿地的油污含量为20000mg/kg以内。

5.根据权利要求1或4所述的利用三棱草与微生物联合修复石油类污染湿地的方法，其特征在于所述的石油类油污为汽油、柴油、重油、煤油或原油油污。