CN102172613A

CN102172613A - 利用芦苇与微生物联合修复石油类污染湿地的方法

Info

Publication number: CN102172613A
Application number: CN2011100646462A
Authority: CN
Inventors: 刘晓艳; 王珍珍; 张新颖; 王君; 刘珊珊; 刘发辉; 陈丽莎; 顾蓓莉; 周薇熠
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

本发明涉及利用芦苇（Phragmites australis）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芦苇，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；所述的种植芦苇的密度控制在160~400株/m²；所述的菌悬液与土壤的体积质量比为1~5:100ml/g。本发明采用筛选得到的降解菌群可强化芦苇根际对于油类污染物的降解。具有对环境破坏小，而且可进行原位修复，不需要处理现场，不破坏土壤理化性质，费用低且适于大规模操作，在治理污染的同时还有保土固岸及防止水土流失等优点。

Description

利用芦苇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-微生物联合修复技术，具体说是一种利用禾本科植物芦苇（Phragmites australis）联合嗜油菌群修复石油类有机污染湿地的方法。

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系统也受到了一定程度的污染。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。使土壤中的新鲜有机碳含量大幅度增加，而有效氮、有效磷量却没有相应的变化，致使土壤碳氮磷比例严重失调。石油在土壤中的代谢中间产物是很复杂的，降解产物的一些官能团，能吸收和络合金属离子，从而影响重金属在土壤—植物系统中的迁移变化。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系统，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。

利用生物修复污染土壤是一种安全及环境友好型的土壤治理方法。该修复技术不仅能修复被石油污染的土壤，而且对更多种有毒有害污染的土壤修复有效。研究证明，生物修复油污土壤是一项实用性和有效性很强的技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用禾本科植物芦苇（Phragmites australis）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，本发明的技术方案为：

一种利用芦苇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芦苇，，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；所述的种植芦苇的密度控制在160~400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。

在石油类污染湿地土壤中种植芦苇，采用湿地户外栽培，不定期浇水，保持土壤的饱和含水率，待适应期过后，将从湿地油污土中筛选出的嗜油菌群制成菌悬液加入根系土壤中，并补加营养，在嗜油菌群与植物根系的共同作用下，实验除去土壤中石油类污染物的方法。

在石油类污染土壤环境中种植芦苇，芦苇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，可强化芦苇对土壤中石油烃类污染物的降解作用，该方法可以有效地避免二次污染的发生。本发明所采用的芦苇（Phragmites australis）为多年水生或湿生的高大禾草植物，生长在灌溉沟渠旁、河堤沼泽地等湿地环境中，世界各地均有生长，芦苇植株高大，地下有发达的匍匐根状茎。茎秆直立，秆高1~3米，节下常生白粉。叶鞘圆筒形，无毛或有细毛。叶舌有毛，叶片长线形或长披针形，排列成两行。叶长15~45厘米，宽1~3．5厘米。夏秋开花，圆锥花序分枝稠密，向斜伸展，花序长10~40cm，小穗有小花4~7朵；颖有3脉，一颖短小，二颖略长；第一小花多为雄性，余两性；花期为8~12月。第二外样先端长渐尖，基盘的长丝状柔毛长6~12mm；内稃长约4mm，脊上粗糙。具长、粗壮的匍匐根状茎。

繁殖与栽培：在水深20~50厘米，流速缓慢的河、湖，可形成高大的禾草群落，上海地区3月中、下旬从地下根茎长出芽，4~5月大量发生，9~10月开花，11月结实。在黑龙江5月出苗，当年只进行营养生长，7~9月形成越冬芽，越冬芽于次年5月萌发，7~8月开花，8~9月成熟。

本发明通过栽植芦苇与嗜油菌联合作用来修复石油烃类污染的湿地土壤环境。该方法与传统湿地土壤治理方法相比，具有投资少、工程量小、技术要求低、操作简单等优点，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。另外，芦苇还是保土固堤的优良植物，而且芦苇也是一种适应性广、抗逆性强、生物量高的植物，对于有机污染物具有良好的降解效果。苇秆可作造纸和人造丝、人造棉原料，也供编织席、帘等用；芦苇的花序可作扫帚；花絮可填枕头使用。

附图说明

图1 芦苇与嗜油菌群对柴油污染物降解后的剩余含量；

图2 芦苇与土著嗜油菌群降解对柴油污染物的去除率；

图3 芦苇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：芦苇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500~600mm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，并配置成不同柴油浓度梯度的土壤。配置成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）、油污土接种菌种入芦苇（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，松土时不要伤到芦苇的根，从而保证菌液的均匀分布与土壤中氧气充足，利于芦苇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)不同污染浓度下芦苇联合嗜油菌群对柴油的降解效果：在不同污染物浓度处理下，芦苇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，嗜油菌群使土壤中柴油有较大的降解效果，而在芦苇与嗜油菌的共同作用下，可使土壤中残油量进一步减少。如图2所示各组样品的降解率，在各种油类污染物浓度下，芦苇与嗜油菌的共同作用使得降解率有了更大的提高。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。嗜油菌对柴油的去除率达到45.0~67.4%，在芦苇与嗜油菌的共同作用下，柴油去除率可以达到52.7~68.4%。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，降解率出现峰值。而现实情况是随着土壤中柴油浓度的增大，在芦苇与嗜油菌的共同作用下柴油的降解率提高。

(2)芦苇联合嗜油菌作用下对柴油组分的降解效果：剩余残油经气相色谱分析发现（如图3所示），嗜油菌群降解作用下，柴油组分的相对含量发生了比较明显的变化，正构烷烃各组分的峰值在C₁₉左右，而在植物芦苇与嗜油菌的联合作用下，从C₁₂~C₃₁的正构烷烃类各组分污染物的相对含量发生了更加明显的降解。

研究证明，利用芦苇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栽植芦苇，密度控制在160~400株/m²范围内，通过芦苇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油类污染的芦苇植物修复方法具有原位修复、费用低、操作方便、修复效率高及环境风险小等特点。

Claims

1.一种利用芦苇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芦苇，，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；所述的种植芦苇的密度控制在160~400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所述的利用芦苇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所述的利用芦苇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所述的利用芦苇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。