固定化細(xì)菌增強(qiáng)修復(fù)多環(huán)芳烴污染土壤及影響因素.pdf

1、多環(huán)芳烴(PAHs)是一類典型的持久性有機(jī)污染物,主要來自化石燃料和生物質(zhì)的不完全燃燒。近代工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展導(dǎo)致大量的PAHs集中排放進(jìn)入環(huán)境,經(jīng)大氣濕沉降、污水灌溉等途徑最終大部分匯聚于土壤中,并長(zhǎng)期滯留,導(dǎo)致嚴(yán)重的土壤PAHs污染問題,對(duì)農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)、人類健康乃至全球生態(tài)環(huán)境構(gòu)成巨大威脅。如何控制和修復(fù)PAHs污染土壤已成為環(huán)境科學(xué)和土壤界研究的熱點(diǎn)問題之一。微生物降解是PAHs從土壤中去除的根本途徑,固定化微生物修復(fù)技術(shù)是一種重

2、要的微生物強(qiáng)化修復(fù)措施,在土壤污染修復(fù)中具有良好的應(yīng)用潛力。本文在簡(jiǎn)要介紹土壤PAHs污染現(xiàn)狀和修復(fù)方法后,重點(diǎn)評(píng)述了固定化微生物修復(fù)技術(shù)的原理、研究現(xiàn)狀及存在的關(guān)鍵科學(xué)問題。本論文以細(xì)菌B1(假單胞菌Pseudomonasputida)和B2(從實(shí)驗(yàn)所用土壤中篩選出的能以PAHs為唯一碳源的細(xì)菌,尚未鑒定)為固定化菌劑,以植物殘?bào)w及生物碳為固定化載體材料,以PAHs污染土壤環(huán)境樣品為代表,研究固定化微生物增強(qiáng)修復(fù)PAHs污染土壤及其影

3、響因素,重點(diǎn)探討固定化載體材料對(duì)PAHs的吸附作用及作用機(jī)制、固定化菌對(duì)PAHs的強(qiáng)化吸附和降解耦合作用。研究植物殘?bào)w材料對(duì)PAHs的吸附能力及作用機(jī)制,探討植物殘?bào)w及其提取液作為碳源促進(jìn)微生物去除PAHs的可行性;研究不同碳化溫度制備的生物碳固定化基材對(duì)土壤吸附PAHs的增強(qiáng)作用及影響因素;研究植物殘?bào)w及生物碳固定化細(xì)菌對(duì)溶液中PAHs的吸附一降解行為,以沈陽污灌區(qū)污染土壤樣品為代表,研究固定化細(xì)菌對(duì)PAHs污染土壤的修復(fù)作用,探討固

4、定化材料對(duì)修復(fù)效果的影響,以期為發(fā)展經(jīng)濟(jì)、高效、安全的PAHs污染土壤修復(fù)技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。論文主要結(jié)論及創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　 (1)探明了植物殘?bào)w對(duì)PAHs的吸附行為及作用機(jī)制,發(fā)現(xiàn)植物殘?bào)w及其提取液可強(qiáng)化固定化菌和土著微生物去除PAHs。植物殘?bào)w吸附PAHs的主要機(jī)制為分配作用,菲在植物材料上分配系數(shù)(Kp,mL/g)大小順序:木屑(2484±24.24)＜黑麥草根系(2777±58.62)＜桔皮(2970±39.8

5、0)＜竹葉(3746±96.54)＜松針(5306±92.49)。除木屑外,其它四種植物殘?bào)w材料對(duì)菲吸附分配系數(shù)(Kp)與樣品芳香性(H/C)呈正相關(guān),與糖分含量及極性指數(shù)[(O+N)/C]呈負(fù)相關(guān)。PAHs在竹葉上的有機(jī)碳標(biāo)化分配系數(shù)(Koc)與其辛醇-水分配系數(shù)(Kow)呈良好的線性關(guān)系。植物提取液可促進(jìn)細(xì)菌對(duì)溶液中PAHs的吸附-降解作用,其中桔皮提取液對(duì)B1、竹葉提取液對(duì)B2降解菲有明顯的促進(jìn)作用。添加1％植物殘?bào)w明顯促進(jìn)土著微

6、生物對(duì)土壤PAHs的去除作用,180天時(shí),植物殘?bào)w添加組二、三、四、五、六環(huán)PAHs回收率比未添加植物材料的對(duì)照組分別減少了15～20％、20～39、14～24％、12～23％和17～26％;其中以竹葉效果最佳,與其富含黃酮及多酚類物質(zhì)有關(guān).吸附作用是植物殘?bào)w固定化細(xì)菌去除溶液中PAHs的重要過程,固定化菌顆粒吸附的PAHs可生物降解,降解程度與載體材料有關(guān),其中以桔皮、木屑較佳。
　　 (2)闡明了生物碳對(duì)土壤吸附PAHs的增

7、強(qiáng)作用及影響因素、生物碳固定化菌對(duì)溶液中PAHs的增強(qiáng)吸附一降解作用。P100對(duì)PAHs的等溫吸附曲線呈顯著線性,隨著碳化溫度的升高,生物碳對(duì)PAHs的吸附作用和等溫吸附曲線非線性增強(qiáng)。生物碳對(duì)土壤吸附PAHs的增強(qiáng)作用隨生物碳碳化溫度及添加量的升高而增大,添加P100明顯提高土壤對(duì)PAHs的分配作用,而添加P300、P400、P700則同時(shí)提高其分配作用和表面吸附作用。當(dāng)土壤中P300含量超過0.5％,P400、P700含量超過0.1

8、％時(shí),土壤-生物碳混合吸附劑對(duì)PAHs吸附主要由生物碳控制;P100和P300添加土壤對(duì)PAHs吸附實(shí)測(cè)值和預(yù)測(cè)值吻合非常好,而P400、P700添加土壤對(duì)PAHs吸附實(shí)測(cè)值明顯低于預(yù)測(cè)值。吸附作用是生物碳固定化細(xì)菌去除溶液中PAHs的重要過程,生物碳固定化菌顆粒吸附的PAHs可發(fā)生生物降解,降解程度與生物碳制備溫度有關(guān),其中以P400固定化菌吸附的PAHs降解最佳,特別是細(xì)菌B2能有效的利用P400固定化菌吸附的PAHs(菲為23％,

9、芘為15％)。
　　 (3)初步搞清了固定化菌對(duì)PAHs污染土壤的增強(qiáng)修復(fù)作用及影響因素。發(fā)現(xiàn)細(xì)菌固定化材料既可促進(jìn)土著菌對(duì)PAHs的降解作用,又可增強(qiáng)固定化菌對(duì)PAHs的降解,具體效果與載體材料有關(guān),表現(xiàn)為生物碳固定化基材效果優(yōu)于植物殘?bào)w。以P700固定化菌效果最為顯著,90天時(shí),P700固定化菌添加組三、四、五、六環(huán)PAHs回收率比不添加固定化菌的空白對(duì)照組分別少24％、22％、24％、38％,主要源于P700對(duì)PAHs的強(qiáng)