專利名稱：利用三棱草與微生物聯(lián)合修復(fù)石油類污染濕地的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及受石油類污染濕地的植物-微生物聯(lián)合修復(fù)方法，具體說是一種利用多年生莎草科植物三棱草(^rex phacota分r.)聯(lián)合嗜油菌群修復(fù)石油類污染濕地的方法。
背景技術(shù)：
石油的大規(guī)模開采、冶煉、運(yùn)輸、使用和處理過程中，污染、遺漏、井噴、輸油管道泄漏等事故頻發(fā)，導(dǎo)致嚴(yán)重的土壤污染。我國(guó)石油污染的土壤和水體面積也不斷擴(kuò)大，污染程度日趨嚴(yán)重。船只突發(fā)性污染泄漏事故的風(fēng)險(xiǎn)較高，溢油事件時(shí)有發(fā)生，使濱海與一些湖泊附近濕地生態(tài)系統(tǒng)也受到了一定程度的污染。溢入水中的石油類污染物會(huì)逐漸發(fā)生物理風(fēng)化(如蒸發(fā)、乳化、擴(kuò)散、溶解、吸附和沉降)、化學(xué)風(fēng)化(主要是光降解作用)和生物風(fēng)化(主要是生物降解)等作用。溢油剛進(jìn)入水體后，由于油膜很厚會(huì)迅速向四周擴(kuò)展，當(dāng)油層變薄和破裂為碎片后就加速了油層面積并加強(qiáng)了風(fēng)化過程例如蒸發(fā)、溶解和乳化作用進(jìn)程。江面上的石油類其中的低分子量的苯類和多環(huán)芳烴類致癌物質(zhì)有極少部分可溶解于水中，其它組分在波浪作用及經(jīng)過蒸發(fā)、乳化及吸附作用后而產(chǎn)生重質(zhì)油或殘油，這部分油會(huì)向岸邊聚集，這些剩余部分形成致密的分散離子，聚合成浙青塊，它們與江岸相互作用并被吸附，某些懸浮油滴及重質(zhì)組分會(huì)附著在懸浮顆粒物質(zhì)上而慢慢下沉到底部沉降下來進(jìn)入沉積物中或漂浮于岸邊的濕地中。石油對(duì)土壤污染主要集中在20cm左右的表層，進(jìn)入土壤后，會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu)，分散土粒，使土壤透水性降低，其富含的反應(yīng)基能與無機(jī)氮、磷結(jié)合并限制硝化作用和脫磷酸作用，從而使土壤有效氮、磷的含量減少。其中的多環(huán)芳烴等，因具有“三致”效應(yīng)和通過食物鏈在生物體內(nèi)富集。對(duì)生態(tài)環(huán)境、食品安全和人身健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅，成為困擾環(huán)境領(lǐng)域重要的社會(huì)與環(huán)境問題。在土壤中的石油含量較高時(shí)，對(duì)植物的生長(zhǎng)有抑制作用。石油破壞土壤一植物一水分子之間的關(guān)系，對(duì)氣體的排斥，引起厭氧條件的發(fā)生，使根不能正常呼吸和吸收水分。不同的植物種類，其受到石油類污染物的抑制效果是不一樣的。近年來，國(guó)內(nèi)外對(duì)于土壤中石油類污染物的降解研究較多，但針對(duì)濕地的石油污染生態(tài)修復(fù)研究，還處于薄弱環(huán)節(jié)。利用自然界廣泛存在的微生物對(duì)有機(jī)物很強(qiáng)的分解代謝能力對(duì)石油烴污染環(huán)境進(jìn)行修復(fù)，具有其它方法不可替代的優(yōu)勢(shì)。生物修復(fù)中微生物的作用占優(yōu)勢(shì)，多種細(xì)菌和真菌都表現(xiàn)出利用石油烴的特性，被實(shí)踐用來處理海洋溢油事件，廢棄物處理，油的生物乳化等。因此獲得優(yōu)良的微生物，并研究其降解特性，對(duì)于成功實(shí)施環(huán)境修復(fù)十分重要。土著微生物相對(duì)于外源混合菌在石油污染土壤的生物修復(fù)中可以發(fā)揮更重要的作用。故主要是采用從石油污染土壤中篩選出各種嗜油微生物，然后將其投加到油污土壤中的生物修復(fù)方法。植物是一個(gè)有效的土壤污染處理系統(tǒng)，主要通過直接吸收石油污染物、釋放分泌物和酶、刺激根區(qū)微生物的活性并強(qiáng)化生物轉(zhuǎn)化作用。植物促進(jìn)有機(jī)污染物的降解一方面是由于根際作用增加了微生物降解菌的數(shù)量，另一方面是因?yàn)橹参锓置谟袡C(jī)物為微生物共代謝提供了基質(zhì)底物。微生物的活動(dòng)也促進(jìn)了根系分泌物的釋放。另外，植物還可為微生物提供生存場(chǎng)所和可轉(zhuǎn)移的氧氣，使根區(qū)的好氧轉(zhuǎn)化作用得以正常進(jìn)行。不同植物由于不同的根特性，具有不同的修復(fù)效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用三棱草(Carex phacota Spr.)聯(lián)合嗜油微生物修復(fù)石油類污染濕地的方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的機(jī)理為本發(fā)明所采用的植物三棱草(Carex phacota Spr.)為有喙紅苞薹多年生草本。根莖短，橫生。稈簇生，高20飛0厘米，三棱形。 葉片線形，常與稈等長(zhǎng)，寬約6毫米；有葉鞘?；▎涡裕菩弁?；花序通常長(zhǎng)1(Γ15厘米； 小穗3 10，雄性小穗頂生，稍纖弱，長(zhǎng)2飛厘米；雌性小穗側(cè)生，圓柱形，長(zhǎng)2. 5飛厘米；鱗片覆瓦狀排列，雌花的鱗片卵形，淡褐色，有脈3條，脊延伸成一長(zhǎng)尖頭；雄蕊3 ；花柱2裂；囊苞卵形，有短喙，褐色。小堅(jiān)果淡褐色，三棱形。抽穗期夏秋。生于山坡草叢中。是邊濕地中的典型本土植物，呈單一群落或三棱草-薦草混合群落分布；三棱草的根系發(fā)達(dá)，并可與根際微生物協(xié)同發(fā)揮促進(jìn)作用，有利于加入土壤的嗜油菌對(duì)石油烴進(jìn)行良好的降解作用， 進(jìn)而強(qiáng)化三棱草對(duì)土壤中石油烴污染物的降解。在石油烴污染土壤上種植三棱草，三棱草發(fā)達(dá)的根際及其根際微生物的活動(dòng)以及分泌物和酶的作用，加入土壤的嗜油菌也對(duì)石油烴有良好的降解效果，可強(qiáng)化三棱草對(duì)土壤中石油烴污染物的降解，該方法還可以避免二次污染的發(fā)生。根據(jù)上述機(jī)理，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案為
一種利用三棱草與微生物聯(lián)合修復(fù)石油類污染濕地的方法，其特征在于該方法的具體步驟為在石油類污染濕地的土壤中種植三棱草，待其適應(yīng)后，在土壤中加入嗜油菌的菌懸液，在嗜油菌與植物根系的協(xié)同作用下，除去土壤中的石油類油污；所述的種植三棱草的密度為300、00株/m2 ；所述的菌懸液與土壤的體積質(zhì)量比為廣5:100ml/g。上述的嗜油菌的菌懸液的配制方法為將嗜油菌在30°C下培養(yǎng)至對(duì)數(shù)期，離心后收集菌體，用生理鹽水反復(fù)洗滌后懸浮在生理鹽水中，調(diào)節(jié)吸光度OD66tl為1. 5。上述的嗜油菌的菌懸液由假單胞菌HPM1、假單胞菌HPM3和產(chǎn)堿桿菌屬HPM2按 1:1:1的體積比配制成的混合液。上述的油污濕地的油污含量為20000mg/kg以內(nèi)。上述的石油類油污為汽油、柴油、重油、煤油或原油油污。本發(fā)明通過種植石油烴修復(fù)植物三棱草與嗜油菌聯(lián)合作用來修復(fù)石油烴污染土壤。該方法與傳統(tǒng)土壤治理方法相比，具有投資少、工程量小、技術(shù)要求不高等優(yōu)點(diǎn)，無二次污染。修復(fù)進(jìn)程不僅不會(huì)破壞土壤生態(tài)環(huán)境，還有助于改善因石油烴污染而引起的土壤退化和生產(chǎn)力下降，恢復(fù)并提高其生物多樣性。三棱草高可達(dá)1.5米，莖三棱型，輪生長(zhǎng)矛狀葉，頂端生棕色花，結(jié)果后逐漸變黃；生長(zhǎng)于各地的水地帶。


圖1三棱草與嗜油菌群對(duì)柴油污染物降解后的剩余含量； 圖2三棱草與土著嗜油菌群降解對(duì)柴油污染物的去除率；
圖3三棱草與土著嗜油菌群對(duì)柴油污染物中鏈烴組分的降解特征。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一三棱草與土著嗜油菌群的除油戶外試驗(yàn)
本實(shí)驗(yàn)于2009年8月進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)在上海大學(xué)環(huán)境與化學(xué)實(shí)驗(yàn)樓五樓露天陽臺(tái)， 該研究所處上海市寶山區(qū)，屬濕帶半濕大陸性季風(fēng)氣候，年降水量在50(Γ600左右。試驗(yàn)用原始石油污染土壤取自黃浦江一長(zhǎng)江口濕地土壤，并從中篩取出本實(shí)驗(yàn)所采用的三種嗜油菌株。清潔土壤取自上海大學(xué)東區(qū)花壇，過2mm篩后，按沙土比2 3均勻混合，并配制成不同柴油濃度梯度的土壤。配制成5個(gè)濃度梯度，分別為1000mg/kg，5000mg/kg，IOOOOmg/ kg, 15000mg/kg，20000mg/kg。實(shí)驗(yàn)共設(shè)三個(gè)處理，分別為油污土(空白組)、油污土接種菌 (微生物組)、油污土接種菌種入三棱草(實(shí)驗(yàn)組)。接種菌懸液為將嗜油菌在30°C下培養(yǎng)至對(duì)數(shù)期，離心后收集菌體，用生理鹽水反復(fù)洗滌后懸浮在生理鹽水中，調(diào)節(jié)吸光度(OD66tl)為 1. 5，菌懸液為三種菌株的1:1:1混合液。每千克土壤中菌懸液的加入量為IOml。根據(jù)土壤水分豐缺狀況，不定期澆水，使土壤飽和含水。實(shí)驗(yàn)初期，由于土壤肥力低，將肥料溶于水， 形成肥料溶液后噴灑于土壤中，每千克土壤中的肥料加入量為13. 6g尿素，5g過磷酸鈣。澆入菌液時(shí)利用小鐵鏟松動(dòng)表土，松土?xí)r不要傷到三棱草的根，從而保證菌液的均勻分布與土壤中氧氣充足，利于三棱草和微生物的生長(zhǎng)繁殖。實(shí)驗(yàn)共歷時(shí)60天，在實(shí)驗(yàn)過程中間歇采取土樣測(cè)定其中柴油含量與組分發(fā)生的變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下
(1)三棱草聯(lián)合嗜油菌群對(duì)不同濃度油污的降解效率在不同柴油污染物濃度下，三棱草對(duì)污染物顯示出了較強(qiáng)的耐受性，無表觀毒害特征，植株均生長(zhǎng)良好。從圖1各組樣品的剩余殘油量可以看出，嗜油菌群對(duì)土壤中存在的不同濃度的柴油污染物具有一定的降解效果，但在三棱草與嗜油菌的共同作用下，土壤中殘油量就會(huì)大幅度降低，可見三棱草與嗜油菌的聯(lián)合作用確實(shí)對(duì)柴油污染物具有良好的去除效果。圖2顯示出了在嗜油菌群及與三棱草的聯(lián)合作用下，在100(T20000mg/kg的不同濃度柴油污染下，污染物的去除率基本上分布在6(Γ80%范圍內(nèi)，最高可達(dá)近80% ；而嗜油菌對(duì)柴油的去除率僅可在45. (Γ67. 4%范圍內(nèi)?？梢钥闯觯诟鞣N污染物濃度下，三棱草與嗜油菌的協(xié)同作用使得柴油污染物的去除率比嗜油菌的去除率有了較大的提高，被污染土壤植物根際微生態(tài)環(huán)境對(duì)微生物活性具有誘導(dǎo)作用，有利于石油烴的降解和污染土層的生物修復(fù)。在低濃度柴油的土壤中，由于柴油揮發(fā)性與檢測(cè)分析域值的影響，去除率出現(xiàn)峰值；而實(shí)際情況是，隨著土壤中柴油濃度的增大，在三棱草與嗜油菌的共同作用下柴油污染物的去除率提高了。(2)三棱草聯(lián)合嗜油菌作用下對(duì)柴油組分的降解效果對(duì)剩余殘油污染進(jìn)行氣相色譜分析發(fā)現(xiàn)(如圖3所示)，在沒有嗜油菌與三棱草的條件下，油污中正構(gòu)烷烴各組分含量均較高，含量最高的峰值是在C19，而在嗜油菌群的降解作用下，油類污染物各組分的相對(duì)含量明顯降低，尤其是在三棱草與嗜油菌的植物-微生物聯(lián)合作用下，油污中正構(gòu)烷烴各組分的相對(duì)含量從C12 C31范圍內(nèi)均有很大程度的降解。研究證明，利用三棱草作為油污濕地環(huán)境的修復(fù)植物，在20000mg/kg以內(nèi)的油污濕地土壤中種植三棱草，密度控制在30(Γ800株/m2范圍內(nèi)，通過三棱草生長(zhǎng)及反復(fù)刈割過程，即可除去岸邊沉積物中的過量油類污染物。這種濕地岸邊沉積物柴油污染的三棱草植物修復(fù)方法具有修復(fù)效率高、費(fèi)用低、操作方便、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)小及原位修復(fù)等特點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種利用三棱草與微生物聯(lián)合修復(fù)石油類污染濕地的方法，其特征在于該方法的具體步驟為在石油類污染濕地的土壤中種植三棱草，待其適應(yīng)后，在土壤中加入嗜油菌的菌懸液，在嗜油菌與植物根系的協(xié)同作用下，除去土壤中的石油類油污；所述的種植三棱草的密度為300、00株/m2 ；所述的菌懸液與土壤的體積質(zhì)量比為廣5:100ml/g。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用三棱草與微生物聯(lián)合修復(fù)石油類污染濕地的方法，其特征在于所述的嗜油菌的菌懸液的配制方法為將嗜油菌在30°C下培養(yǎng)至對(duì)數(shù)期，離心后收集菌體，用生理鹽水反復(fù)洗滌后懸浮在生理鹽水中，調(diào)節(jié)吸光度OD66tl為1. 5。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用三棱草與微生物聯(lián)合修復(fù)石油類污染濕地的方法，其特征在于所述的嗜油菌的菌懸液由假單胞菌HPM1、假單胞菌HPM3和產(chǎn)堿桿菌屬HPM2按 1:1:1的體積比配制成的混合液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用三棱草與微生物聯(lián)合修復(fù)石油類污染濕地的方法，其特征在于所述的油污濕地的油污含量為20000mg/kg以內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的利用三棱草與微生物聯(lián)合修復(fù)石油類污染濕地的方法， 其特征在于所述的石油類油污為汽油、柴油、重油、煤油或原油油污。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用三棱草(Carex phacota Spr.)與微生物聯(lián)合修復(fù)石油類污染濕地的方法。該方法的具體步驟為在石油類污染濕地的土壤中種植三棱草，待其適應(yīng)后，在土壤中加入嗜油菌的菌懸液，在嗜油菌與植物根系的協(xié)同作用下，除去土壤中的石油類油污；所述的種植三棱草的密度為300~800株/m2；所述的菌懸液的加入量為每千克土壤中加入10ml菌懸液；一般加入菌懸液與土壤的體積重量比為1~5:100ml/g。本發(fā)明采用篩選得到的降解菌群可強(qiáng)化三棱草根際對(duì)于油類污染物的降解。通過這種方式，可以從土壤中去除大量的石油類有機(jī)物，從而達(dá)到快速、徹底去除土壤中大量石油類污染物的作用。具有對(duì)環(huán)境破壞小、不破壞土壤理化性質(zhì)及費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B09C1/00GK102172612SQ201110064510
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月17日
發(fā)明者劉發(fā)輝, 劉曉艷, 劉珊珊, 張新穎, 朱樹超, 王君, 王珍珍, 田翔, 陳麗莎 申請(qǐng)人:上海大學(xué)