溢油事故不但会造成巨大的经济损失,而且给海洋环境带来难以修复的生态灾难。溢油事故发生后,采用物理法和化学法可以快速清理大部分的溢油,但对于残留在海水表面的薄油膜、悬浮油、乳化油,生物法降解最为经济有效。而采用生物法处理溢油存在三个关键问题:其一,石油成分非常复杂,采用单一降解菌很难达到较好的降解效果;其二,采用游离态的降解菌处理海上浮油尚存在一定缺陷,投放到现场多因比重大、亲油性差、适应环境性差等问题而导致降解菌大量损失;其三,海洋中生物降解溢油过程极为复杂,应用经典动力学模型处理溢油缺乏大量实验数据验证其可行性。针对以上问题,本文围绕菌群、载体和溢油降解性能的影响规律开展研究,主要结论如下:(1)构建混合菌群,解决溢油多组分的同时降解问题。从溢油污染的海滩沉积物中分离得到5种高效石油烃降解菌,并复配构成菌群MF3711。通过形态学观察和16S rDNA的构建,初步鉴定菌群包括芽孢杆菌属、假单胞菌属、食烷菌属、海杆菌属和微球菌属。对温度、盐度、pH值、表面活性剂等一系列环境条件优化后,菌群的7 d降解率从72.24%提高至92.67%。对降解残油组分的分析显示,菌群在降解过程中存在协同效应,因此可同时降解溢油中的多组分。为了探讨菌群降解的作用机制,以鼠李糖脂(Rha)作为先导化合物,提出并建立一种溶剂体系的新算法,应用于HSCCC分离纯化菌群的次生代谢产物,经一步分离纯化得到6种纯度均高于84.41%的Rha。对添加Rha的菌群细胞的疏水、增溶和乳化特性进行研究,结果表明,添加Rha的浓度与细胞表面疏水性的增强呈正相关性,添加高浓度的Rha有助于烷烃的乳化和降解。(2)为解决生物降解效率低的问题,制备了一系列可漂浮、疏水性、生物亲和性强的固定化菌群导弹载体,来增加菌群与浮油的有效接触。首先,制备了接触角θ为149.300°、机械强度为2.52 mN的大孔SA/PVA载体,通过对组分比例和密度的调控实现该载体的浮漂性。然后,以聚乳酸作为基质,分别采用物理和化学方法制备内部携带极性基团、外部接枝疏水脂肪族聚酯的可漂浮疏水性大孔聚乳酸(RMPLA)载体。实验测得RMPLA对油粒子的饱和吸附率高达18.17 g/g,固定化菌群的7 d降解率为88.95%。最后,将Fe3O4纳米粒子经PEG和SDS修饰得到双亲性胶体磁核,采用分散聚合法制备了接触角θ为133.4°、比饱和磁化强度为3.95 emu/g的磁性Fe3O4StMD载体,该技术可推广应用于处理船舶机舱产生的乳化油废水。经过12h的降解,固定化比游离态菌群处理乳化油的降解率提高了 13.86%,体现了反应启动快、处理效率高的特点。因此,固定化菌群降解溢油污染可望成为解决海洋油污染问题的一个有效的替代办法。为了分析菌群的降解中间产物,制备Fe3O4MNG@CTAB作为分散固相萃取材料,通过对多环芳烃及模式化合物菲的降解中间产物检测,结果显示检测限低至1.5～5.0 ng/L、样品加标回收率达到74.01%～94.67%。分析证明,通过水杨酸和邻苯二甲酸两条代谢途径,菌群最终完全降解溢油。(3)采用实验数据验证经典动力学方程的适用性,明确菌群降解溢油的限速步骤。准二级动力学模型适用于描述载体与溢油的吸附效应,计算得到表观活化能Ea为21.65 kJ/mol,确定载体的吸附过程为物理吸附。通过吸附动力学分析,证明粒子内扩散并不是吸附过程的唯一速率控制步骤。通过降解动力学验证了菌群对菲的吸附速率远大于其降解速率,造成菲在菌体表面和内部富集,而促使其降解速率远大于其溶解速率,推断出溶解过程是菌群降解溢油的限速步骤。该研究成果可为大规模的菌群应用于海洋溢油污染治理提供具有普适性的理论支持。