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随着石油需求及运输的增加导致海洋溢油事故频发,对自然生态环境和人类社会安全造成广泛而长期的不良影响。溢油发生后,在水动力作用下,海洋中的悬浮颗粒会与石油相互作用形成油-颗粒物团聚体(Oil-particulate matter aggregates,OPAs)。OPAs在几分钟内就可自然形成,它会加速油向海底的沉降并可促进油污的生物降解,对海洋溢油的去除具有重要作用。生物炭(Biochar,BC)价格低廉且材料易得,对油具有较强的吸附性能,研究BC对OPAs的强化作用及其对石油的去除机理,对促进海上溢油的清除具有重要意义。本研究通过模拟实验,以高岭土(Kaolin)和膨润土(Bentonite)两种类型的黏土颗粒物与石油形成的OPAs为研究对象,分别探讨了OKAs(Oil-Kaolin aggregates,OKAs)和OBAs(Oil-Bentonite aggregates,OBAs)的尺寸、形态、密实度、沉降速率及其捕油量随时间的变化,测定了其EPS组分和官能团,分析了细菌和不同悬浮颗粒物对OPAs形成的影响。在此基础上,研究了BC作用下生成的强化OPAs(Strengthening OPAs,S-OPAs)的形态及捕油量变化,分析外加BC对OPAs形成的影响,测定了S-OPAs中EPS组分和官能团,还采用高通量测序研究了S-OPAs中细菌群落结构的多样性。通过与OPAs进行比较,分析BC的加入对OPAs细菌群落结构与多样性的影响。得出的主要结论如下:(1)自然有菌条件下形成的OPAs形态更加多样化,且尺寸更大。OKAs可分为紧密型块状、树枝状和松散型茸状,OBAs可分为颗粒状、片状和毛球状,最大直径可达数百μm以上。外加BC后形成的S-OKAs表面和外孔附着大量细菌、油和高岭土形成的小团聚体;S-OBAs表面较光滑,少有团聚体粘附。(2)自然有菌条件下,OPAs的沉速随D2值的减小而增大。与OKAs相比,OBAs更疏松(OKAs的D2值第18天为1.32,OBAs的D2值第18天为1.26),沉降速率更大(OKAs的沉降速率第18天为0.39mm/s,OBAs的沉降速率第18天为2.75mm/s)。(3)自然有菌条件下,OKAs和OBAs对油的去除效果较无菌条件更好,捕油量分别提高了108.34%和101.29%。且OBAs的捕油量和捕油率远远小于OKAs。与OBAs相比,OKAs的EPS中具有更高的蛋白质和多糖含量,蛋白质/多糖的比值更高。蛋白质/多糖的比值越大,OPAs吸附油的能力越强。(4)高通量测序表明,与OBAs相比,OKAs中细菌群落具有更高的丰富度、多样性和均匀度。OKAs中的优势菌属依次分别为Alcanivorax(50.43%)、Sphingomonas(10.87%)、Oceanicaulis(10.11%)、Brevibacterium(9.80%)和Sphingopyxis(5.01%)。OBAs中的优势菌属依次分别为Alcanivorax(51.37%)、Sphingomonas(12.64%)、Brevibacterium(9.88%)和Sphingopyxis(5.92%)。外加BC改变了S-OPAs细菌群落结构,使丰富度和均匀度升高,多样性下降。低丰度的Acinetobacter在S-OPAs上大量富集,Alcanivorax、Sphingomonas、Brevibacterium等菌属占比下降。(5)外加BC可缩短OPAs捕油平衡时间,提高OPAs的捕油速度。由于BC较强的捕油能力,S-OPAs具有更好的除油效果。外加BC后,OKAs和OBAs对油的去除率分别由16.48%和8.90%提高到74.30%和76.03%。但高岭土浓度升高对S-OKAs捕油性能具有负面影响,因此BC更适用于在高岭土浓度较低的海域中施加以修复溢油污染。