（环境科学与工程专业论文）堆肥处理多环芳烃污染的土壤.pdf

本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所 取得的成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以 标注和致谢外，本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人 或他人为获得中国石油大学( 华东) 或其他教育机构的学位或学历证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的 说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：二雌 日期：2 口。年占月夕日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其 印刷版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关 部门( 机构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位 论文被查阅、借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索， 采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签 指导教师签名： 日期：知i 。年6 月7 日 日期：加年l ；月夕日 、 摘要 本文针对多环芳烃对土壤的污染现状，以蒽作为多环芳烃的典型代表，配制葸污染 的土壤，采用好氧静态堆肥技术对其进行处理，以堆肥时间和葸的降解为控制变量，对 葸的初始浓度、c n 比、含水率、通风量、外加微生物和表面活性剂对葸降解的影响进 行了研究，同时还对堆肥过程中土壤的有机质含量、总氮含量、含水率、p h 值、细菌 数量和葸含量随时间的变化规律以及微生物的多样性进行了探讨。 土著微生物堆肥的实验结果表明，当葸的初始浓度为5 0 0 m g k g ，c n 比为2 5 ：1 ，含 水率为6 0 ，通风量为0 2 m 3 h 时，葸的处理效果最好。堆肥过程中土壤的有机质含量、 总氮含量、含水率和葸含量随时间的延长在总体上是减小的，p h 值随时间的延长而略微 增大，细菌的数量先增多后减少再增多。该过程中微生物多样性研究的实验结果表明， 随着堆肥时间的延长，堆肥土样中微生物种群的多样性先减少，后增加；同时还发现堆 肥土样中降解葸的优势菌群有较好的多样性( 共9 种) ，这非常有利于葸污染土壤的堆肥 处理。 通过三种表面活性剂( l a s 、c t a b 和t w e e n 8 0 ) 对土壤葸吸附影响的研究结果表 明，当土壤中蒽的解吸量达到5 0 时，l a s 的用量是最少的，为1 9 7 m g g 土。通过考察 l a s 对堆肥过程中葸降解率的影响表明，加入l a s 后，堆肥土壤中葸的降解率从5 0 3 4 提高到7 6 4 4 ，这说明l a s 对堆肥土壤中葸的降解有强化作用。 前期从石油污染土壤中筛选得到的四种细菌t l 、t 2 、t 3 、t 4 对蒽降解的实验结果表 明，菌种t 2 对蒽的降解率最高。菌种t 2 的培养条件研究的结果表明，当接种量为5 、 p h 为6 、温度为3 5 * ( 2 ，葸的初始浓度为4 0 m g l 时，最适合菌种t 2 的生长。菌种t 2 对 葸的降解动力学实验的结果表明，葸的残留质量y ( m 曲与时间x ( h ) 符合方程 p 2 5 4 4 e ( - o 0 0 2 7 取。菌种t 2 对堆肥过程中蒽降解率的影响的实验结果表明，加入菌种t 2 后，堆肥土壤中葸的降解率从5 0 3 4 提高到6 4 3 3 ，这说明菌种t 2 对堆肥土壤中葸的 降解有强化作用。 关键词：堆肥，葸，表面活性剂，微生物多样性，动力学 7 t 8 s t u d y o nt h et r e a t m e n to f p o l y c y c l i ca r o m a t i ch y d r o c a r b o n sp o l l u t e ds o i l b yc o m p o s t i n g s h a hb a o l a i ( e n v i r o n m e n t a ls c i e n c ea n de n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f z h a n gx i u x i a a b s t r a c t a i m i n ga tt h ep o l l u t i o ns t a t u so fp o l y c y c l i ca r o m a t i ch y d r o c a r b o n st os o i l ，a n t h r a c e n ew a su s e di nt h i s p a p e ra st h et y p i c a lr e p r e s e n t a t i o no fp o l y c y c l i ca r o m a t i ch y d r o c a r b o n st oc o n f e c ta n t h r a c e n ep o l l u t e ds o i l ， w h i c hw a st r e a t e db ya e r o b i cs t a t i c c o m p o s t i n gt e c h n o l o g y t h ec o m p o s t i n gt i m ea n da n t h r a c e n e s d e g r a d a t i o nw e r eu s e da st h ec o n t r o l l i n gv a r i a b l et os t u d yt h ei n f l u e n c eo fi n i t i a lc o n c e n t r a t i o no f a n t h r a c e n e ，c nr a t i o ，m o i s t u r e ，v e n t i l a t e da m o u n t , a d s c i t i t i o n sm i c r o b e sa n ds u r f a c t a n tt ot h ed e g r a d a t i o n o fa n t h r a c e n e a tt h es a m et i m e ，t h ec h a n g i n gr u l e so fs o i l so r g a n i cc o n t e n t , t o t a ln i t r o g e nc o n t e n t , m o i s t u r e ，p hv a l u e ，b a c t e r i aa m o u n ta n da n t h r a c e n ec o n t e n ta l o n ew i t ht i m ea n dt h em i c r o b i a ld i v e r s i t i e s w e r ea l s od i s c u s s e di nt h ep r o c e s so fc o m p o s t t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t so fi n d i g e n o u sm i c r o b e s c o m p o s ts h o w e dt h a tw h e nt h ei n i t i a lc o n c e n t r a t i o n o fa n t h r a c e n ew a s5 0 0 m g k g , c nr a t i o2 5 ：1 ，m o i s t u r e6 0 ，v e n t i l a t e da m o u n t0 2 m 3 h , t h et r e a t m e n t e f f e c to fa n t h r a c e n ew a sb e s t a l o n gw i t ht h ee x t e n s i o no ft i m e ，s o i l so r g a n i cc o n t e n t , t o t a ln i 仃o g e n c o n t e n t , m o i s t u r ea n da n t h r a c e n ec o n t e n td e c r e a s e da saw h o l ei nt h ep r o c e s so fc o m p o s t , w h i l et h ep h v a l u ei n c r e a s e da p p r e c i a b l y , t h em i c r o b i a la m o u n tf i r s ti n c r e a s e da n dt h e nd e c r e a s e d ，a n dt h e ni n c r e a s e d a g a i n t h es t u d yo nt h em i c r o b i a ld i v e r s i t yi nt h ep r o c e s so fc o m p o s ts h o w e dt h a tw i mt h ee x t e n s i o no f c o m p o s t i n gt i m e ，t h ed i v e r s i t i e so fm i c r o b i a lp o p u l a t i o n si nc o m p o s t i n gs o i l sf i r s td e c r e a s e da n dt h e n i n c r e a s e d ，a n da tt h es a m et i m e ，t h ed o m i n a n tm i c r o o r g a n i s m sw h i c hd e g r a d e da n t h r a c e n ei nc o m p o s t i n g s o i l sh a db e r e rd i v e r s i t i e s ( 9s p e c i e s ) ，w h i c hw a sb e n e f i c i a lt ot h et r e a t m e n to fa n t h r a c e n ep o l l u t e ds o i l t h es t u d yo nt h ei n f l u e n c eo ft h r e ek i n d so fs u r f a c t a n t s ( l a s 、c t a ba n dt w e e n 8 0 ) t os o i l s a n t h r a c e n ea d s o r p t i o ns h o w e dt h a tw h e nt h ea n t h r a c e n ed e s o r p t i o na m o u n to fs o i lr e a c h e d5 0 ，t h ed o s a g e o fl a sw a st h el e a s t , t h ea m o u n to fw h i c hw a s19 7 m g gs o i l t h r o u g he x a m i n i n gt h ei n f l u e n c eo fl a st o a n t h r a c e n e sd e g r a d i n gr a t ei nt h ep r o c e s so fc o m p o s ts h o w e dt h a tt h ed e g r a d i n gr a t eo fa n t h r a c e n ei n c o m p o s t i n gs o i lc o u l di m p r o v e df r o m5 0 3 4 t o7 6 4 4 ，w h i c hs u g g e s t e dt h a tl a sh a da ni n t e n s i v er o l e t ot h ed e g r a d a t i o no fa n t h r a c e n ei nc o m p o s t i n gs o i l t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t so ff o u rk i n d so fb a c t e r i a ( t i 、t 2 、t 3 、t 4 ) w h i c hw e r es c r e e n e df r o mp e t r o l e u m 、1 1 舞l 辱 目录 第一章绪论1 1 1 课题来源与选题依据1 1 2 国内外研究现状分析2 1 2 1p a h s 污染土壤的可行处理技术2 1 2 2p a h s 污染土壤生物修复的强化方法。5 1 2 3 有机污染土壤的堆肥处理技术8 1 3 课题的研究目标、研究内容和拟解决的关键问题1 2 1 3 1 研究目标1 2 1 3 2 研究内容1 2 1 3 3 拟解决的关键问题1 3 1 4 课题的研究方法、技术路线及其可行性分析1 3 1 4 1 研究方法。1 3 1 4 2 技术路线1 3 1 4 3 可行性分析1 4 第二章土著微生物堆肥处理蒽污染土壤的研充1 5 2 1 实验目的15 2 2 实验仪器及药品15 2 2 1 实验仪器。l5 2 2 2 实验药品1 6 2 3 实验方法l8 2 3 1 土壤样品的采集及制备1 8 2 3 2 堆肥18 2 3 3 土壤理化性质的测定1 9 2 3 4 种群数量测定平板菌落计数法2 0 2 3 5 葸含量的测定2 0 2 3 6 细菌基因组d n a 的提取2 0 2 3 7 基因组d n a 的p c r 扩增2 1 、1 2 3 8p c r 产物的d g g e 分析2 1 2 4 结果与讨论2 1 2 4 1 堆肥土样的有机质含量、总氮含量、含水率、p h 值、细菌数量和蒽含量随时间的变 化规律2 1 2 4 2 堆肥过程中的各个因素对葸降解的影响2 6 2 4 3 堆肥过程中的微生物多样性研究2 8 2 5 小结3 3 第三章表面活性剂对蒽污染土壤堆肥处理影响的研究3 4 3 1 实验目的3 4 3 2 实验仪器及药品3 4 3 2 1 实验仪器3 4 3 2 2 实验药品3 4 3 3 实验方法。3 5 3 3 1 葸甲醇水溶液标准曲线的绘制3 5 3 3 2 土壤对蒽的吸附预实验3 5 3 3 3 吸附平衡实验3 5 3 3 4 表面活性剂对葱吸附的影响3 6 3 3 5 表面活性剂对葸降解的影响3 6 3 4 结果与讨论3 6 3 4 1 土壤对葸的吸附作用的研究3 6 3 4 2 表面活性剂对土壤中葸的解吸作用的研究3 8 3 4 3 三种表面活性剂的比较4 0 3 4 4 表面活性剂对葸污染土壤堆肥处理的强化作用的研究4 0 3 5 小结。4 0 第四章外加微生物对蒽污染土壤堆肥处理影响的研究4 2 4 1 实验目的4 2 4 2 实验仪器及药品4 2 4 2 1 实验仪器4 2 4 2 2 实验药品4 2 v 4 3 实验方法4 3 4 3 1 外加微生物的选择4 3 4 3 2 菌种最佳培养条件的研究4 4 4 3 3 菌种对蒽的降解动力学研究。4 4 4 3 4 外加微生物对堆肥过程中蒽降解的影响4 4 4 4 结果与讨论4 5 4 4 1 外加微生物的选择4 5 4 4 2 培养条件对菌种t 2 发酵的影响4 5 4 4 3 蒽降解动力学实验5 0 4 4 4 菌种t 2 的加入对堆肥中葸降解率的影响5 2 4 54 、结5 3 结论5 4 参考文献5 6 附录。6 3 附录a 土壤理化性质的测定6 3 附录b 标准曲线的绘制。6 6 附录c 细菌基因组d n a 提取试剂盒使用方法6 8 附录dp c r 扩增6 9 附录e 基因组d n a 及p c r 产物琼脂糖电泳。7 0 附录fd g g e 实验方法7 2 攻读硕士学位期间取得的学术成果7 7 致谢7 8 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 1 1 课题来源与选题依据 第一章绪论 多环芳烃( p a h s ) 是指2 个或2 个以上的苯环以稠环和非稠环形式相连接的化合物，其 中一些p a h s 不仅具有强烈的毒性致癌、致畸和致突变性，还有促进致癌作用。土 壤中的p a h s 除了某些天然源外，主要来自化石燃料如煤、石油等的不完全燃烧以及大 气沉降、污水灌溉等。石油开采、石化产品的生产和运输中的泄漏是环境中p a h s 的另 一来源：被大气颗粒物吸附的p a h s 也可通过沉降、吸附和沉积作用进入土壤系统，使 土壤成为环境中p a h s 的重要归属之一1 1 1 。土壤中的p a h s 虽含量极少，但分布广泛。p a h s 进入土壤后，由于其低溶解性和憎水性，比较容易进入生物体内，并通过生物链进入生 态系统，从而危害人类健康和整个生态系统的安全 2 1 ；p a h s 在土壤中具有高度的稳定性、 难降解、毒性强、具积累效应等特征而受到环境科学研究工作者的广泛关注，许多国家 都将其列入优先污染物的黑名单或灰名单中。国外有关土壤p a h s 污染的研究主要集中 于土壤中p a h s 的含量、来源、分布和迁移转化特征，p a h s 物理化学性质与其环境行为 间的关系，环境因素对p a h s 的影响，风险评价和管理等方面【3 1 。2 0 世纪8 0 年代以来，我 国也开展了一些有关土壤p a h s 污染的研究，但与国外相比尚存在差距，主要集中于苯 并 a 】芘等少数组分的总量控制、降解等方面。 由于p a h s 是一类具有“三致 毒性等环境优先污染物，因而其治理方法是国内外 专家、学者研究的重点和热点。目前对p a h s 污染治理的方法主要包括物理法、化学法 和生物法。鉴于生物法成本低廉、操作简单、处理效果好等优点，其越来越受到人们的 关注。 堆肥处理作为生物修复技术的一种新型替代技术，不仅可以处理有毒有害物质，还 可以实现固体有机废物( 包括有机垃圾、粪便、污泥、农林废物等) 的无害化、资源化， 同时堆肥产品又为农家提供了优质的有机肥料，所以堆肥处理具有环境保护和经济效益 的双重意义。 本研究以蒽为污染基质，配制模拟的多环芳烃污染土壤，采用好氧静态堆肥技术对 其进行降解处理，并对堆肥化生物修复技术处理此类有害物质的可行性及其影响因素进 行了探讨。 第一章绪论 1 2 国内外研究现状分析 1 2 1p a h s 污染土壤的可行处理技术 多环芳烃( p a h s ) 是一类重毒污染物。土壤中的p a h s 污染物能够在渗流带迁移，进 而进入许多地方作为饮用水源的地下水。含p a h s 土壤已经给人类和环境带来了威胁。 因此，对它的治理方法已经有了很多的研究。可行的处理技术主要有：土壤淋洗、土壤 焚烧和生物降解等 4 1 。 1 2 1 1 土壤淋洗 土壤淋洗是指借助能促进土壤环境中污染物溶解或迁移作用的溶剂，通过水力压头 推动清洗液，将其注入被污染土层中，然后再将包含有污染物的液体从土壤中抽提出来， 进行分离和污水处理的技术【5 1 。 巩宗强等【6 】采用实验模拟方法，研究了植物油对污染土壤中多环芳烃污染的淋洗作 用，并探索植物油再生利用的可行性。结果表明，植物油对土壤中多环芳烃污染物有很 好的淋洗效果，利用振荡法，两种不同类型污染土壤中多环芳烃的洗出率达到6 1 和 1 2 0 。用活性炭对含多环芳烃的植物油进行再生处理，可去除9 2 的多环芳烃，有潜 力实现植物油的循环利用。 k h o d a d o u s t 【刀选用含5 1 戊醇、1 0 水和8 5 乙醇混合溶液作为淋洗液，按l g 4 m l 的土溶液比进行1 h 淋洗，6 5 9 0 的多环芳烃被去除。 c h a n g 8 】试验了6 种表面活性剂溶液对多环芳烃( 菲) 污染土壤的淋洗效果，结果 土壤中残余的菲大大减少。 1 2 1 2 焚烧处理 r u l k e n 等1 9 使用旋转窑对土壤直接加热，随着窑的旋转，土壤颗粒与焚烧炉热气充 分接触，气体离开窑后进入后燃烧室，在那里气体中所有有机物在8 5 0 - - 1 2 0 0 。c 的环境 里被完全氧化。离开后燃烧室的气体利用热交换装置进行冷却，然后经过污染控制装置 使其达到排放标准。他们的实验证明，焚烧处理技术可以处理氰化物、p a h s 、石油、 碳氢化合物和汽油。土壤中的有机物、汞( h g ) 和氰化物的去除率可达到9 9 。 1 2 1 3 生物法 生物法处理p a h s ，又称生物修复( b i o r e m e d i a t i o n ) 。它主要是通过微生物和植物的 新陈代谢作用，将环境中的有机污染物就地降解成c 0 2 和h 2 0 ，或转化为无害物质。根 据目前有关的文献资料，修复污染的生物主要是微生物( 细菌和真菌) 、植物和菌根。应 2 中国石油大学( 华东) 硕上学位论文 用生物降解原理来治理被污染环境的生物修复技术，近年来发展很快，由于它不仅经济、 安全，而且所能处理的阈值低、残留少，其应用前景十分广阔u 0 1 。 1 2 1 3 1 微生物修复 微生物修复技术是在人为优化的条件下，利用微生物的生命代谢作用，转移或者分 解环境中的污染物，以修复受污染的环境。微生物修复，在p a h s 的迁移转化乃至最终 从环境中消失的过程中，占有重要地位1 1 1 。 大多数土壤内都含有能降解低浓度芳香化合物的微生物，只要土壤中含足够的氧和 营养物质，污染物的生物降解就可进行【1 2 】。m e h a r g 等t 1 3 】综合了4 3 种外生菌根真菌，发 现其中3 3 种能降解一种或多种有机污染物，其中一种黏盖牛肝菌( s u i l l u sv a r i e g a t e s ) 对菲 ( p h e ) 、二萘嵌苯( p e r ) 、4 - 氯苯酚( p f b ) 、三硝基甲苯( t n t ) 、2 ，4 - - - 氯酚( d c p ) 都具有降 解能力。 李全霞等【1 4 】从多环芳烃污染的土壤中分离到1 株能高效降解四环芳烃芘的放线菌 m 1 1 ，经形态观察、生理生化和1 6 sr d n a 鉴定，属于分枝杆菌属( m y c o b a c t e r i u m s p ) 。 菌株m 11 能以菲、葸、荧葸和芘为唯一碳源生长，在含芘5 0 、1 0 0 和2 0 0 m g l 的无机盐 液体培养基中培养1 6 d ，降解率分别达到7 6 9 、9 1 8 和7 9 2 3 。菌株m 1 1 对芘的降解 具有较广泛的p h 范围，在芘浓度1 0 0 m g l ，p h 为5 - - 9 的液体条件下，均可生长。 罗雪梅等【1 5 】以枯草芽孢杆菌为接种微生物，研究微生物对沉积物和湿地土壤吸附多 环芳烃菲、苯并【a 】芘过程的影响。结果表明，枯草芽孢杆菌对菲与苯并【a 】芘都可进行吸 附或生物降解，4 8 h i 液相多环芳烃浓度达到平衡时，微生物消除菲9 8 ，消除苯并 a 】芘 8 5 。 毛健等【1 6 】从受多环芳烃( p a h s ) 长期污染的土壤中分离到一株降解p a h s 的噬氨副球 菌( p a r a c o c c u sa m i n o v o r a n s ) h p d 2 。使用h p d 2 的菌液对p a h s 污染的土壤进行了2 周的 生物降解试验。结果表明，加入h p d 2 能够明显提高土壤中p a h s 的降解率。加菌土壤中 p a h s 的总去除率为2 2 9 ，p a h s 各组分的降解率在1 9 5 - 3 6 2 之间。其中三环p a h s 的降解率最高0 6 1 ) ，五环次之( 2 6 0 ) ，四环的最低( 2 0 9 ) 。 1 2 1 3 2 植物修复 植物修复是一种利用植物，修复受有毒金属、有机物和放射性物质污染的土壤、沉 积物、地表水和地下水的绿色技术【1 7 】。植物修复具有利用太阳能作驱动力，能量消耗和 费用大大减少，对环境破坏极小，可用于大面积的污染治理，易于为民众接受等优点。 近年来，国内外进行了许多植物修复的研究，有的已进行了大规模野外试验，并达到了 3 第一章绪论 商业化水平【1 8 】。 l i s t e 和a l e x a n d e r 选用9 种不同的植物对芘污染的土壤进行修复，结果表明，它们均 可促进芘的降解，种植植物8 周后的土壤中芘消失了7 4 ，而未种植植物的土壤中芘最 多消失t 4 0 t 1 9 1 。 宋雪英等2 川以我国典型污灌区沈阳张士灌区某农田土壤为研究对象，研究了1 3 种 牧草草坪草对p a h s 污染土壤的植物修复。实验结果表明，不同植物对土壤中p a h s 的去 除效果不同，紫花苜蓿( m e d i c a g os a t i v a 三) 、黑麦草( l o l i u m p e r e n n el ) 、巴林( p o a p r a t e n s i s 三) 、高羊茅( f e s t u c ae l a t ak e n g e xe a l e x e e v ) 和自三叶草( t r r i f o 厅绷r e p e n s 三) 等植物对 土壤中p a h s 去除效果较好，适合用于张士灌区农田土壤的修复与治理。 曹生宪等【2 1 】采用盆栽试验法，研究了高羊茅对污染土壤中菲、芘的去除效果与修复 机制。结果显示：在试验浓度范围( o 3 2 2 m g l ( g ) 内，植物一微生物系统对土壤中芘、菲 的去除效果明显。种植高羊茅6 0 d 后，土壤高羊茅系统( t d 3 ) 对土壤中菲、芘去除率分 别为5 2 8 2 - - 8 2 2 7 ( m = 6 7 9 6 ) 、4 7 2 7 - - 7 5 4 ( 聊= 6 0 0 6 ) ，平均去除率分别比对 照组t d l ( 无植物，不加n a n 3 ) 高4 5 4 1 ，4 1 6 3 ，比对照组t d 2 ( 无植物，加0 1 n a n 3 ) 高6 2 8 9 ，5 7 5 。 1 2 1 3 3 微生物植物联合修复 植物微生物修复技术是指植物在生长时，其根系为微生物提供旺盛的最佳生长繁 殖场所，而微生物在该过程中增强对有机污染物的降解，给植物创造更优化的生长空间。 这样的植物。微生物联合体系能促进环境中p a h s 的快速降解和矿化。其基本原理为：植 物根区的菌、真菌与植物形成共生作用并经独特的酶途径，降解不能被细菌单独转化的 有机物；植物根区分泌物刺激细菌的转化作用；植物为微生物提供生存场所并转移氧化， 使根区的好氧转化正常进行嘲。 李秋玲等瞄】以菲和芘为多环芳烃( p a h s ) 代表物，紫花苜蓿( m e d i c a g o s a t i v a 三) 为宿主 植物，研究了丛枝菌根( a m ) 对土壤q b p a h s 降解的影响。供试5 种丛枝菌根真菌( a m f ) 为g l o m u sm o s s e a e 、g l o m u se t u n i c a t u m 、g l o m u sv e r s i f o r m e 、g l o m u se o n s t r i c t u m 和g l o m u s i n t r a r a d i c e s 。土样中菲和芘的起始浓度分别为0 - - 1 7 0 6 m g k g 和6 6 0 6 m g k g 。结果表明， p a h s 污染土壤中，a m f 对紫花苜蓿的侵染状况良好。2 0 , - - - 6 0 d ，供试5 种a m f 对土壤中 菲的修复效率均在9 1 以上。与有植物无a m f 对照相比，接种a m f 后土壤中菲和芘的残 留浓度明显降低，其中g l o m u sm o s s e a e 、g l o m u sv e r s i f o r m e 、g l o m u sc o n s t r i c t u m 对菲和 芘降解的促进效果最好。a m 作用下，紫花苜蓿吸收积累对菲、芘降解的贡献率小于1 4 ； 4 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 而接种a m f 明显提高了土壤微生物的数量和活性，这应是a m 促进土壤中菲、芘降解的 一个重要机理。 j o n e r 等f 2 4 1 研究了菌根对污染土壤中p a h s 去除的影响，种植三叶草和黑麦草一段时 间后，发现菌根的存在促进了植物的生长和p a h s 的降解，并且菌根际p a h s 的降解率高 于非菌根际。 1 2 2p a h s 污染土壤生物修复的强化方法 由于p a l - i s 的疏水性、稳定性，严重限制了其生物可利用程度和生物修复速度，因 此，通过采取强化措施提高其生物修复效率就成为生物修复p a h s 污染土壤的关键【2 5 】。 1 2 2 1 表面活性剂的使用 表面活性剂是一种既含有亲水基又含有疏水基的物质，对p a h s 具有增溶作用，可 增力i p a h s 与微生物之间的接触机会，提高土壤中p a h s 的生物可利用性和降解率，缩短 修复时间；同时，表面活性剂自身可生物降解，不会对环境造成二次污染。近年来，表 面活性剂促进的污染土壤生物修复方法得n t 广泛研究，取得了许多成果1 2 6 - 2 8 。 杨建刚等【2 9 l 以菲( p h e ) 为典型多环芳烃( p a h s ) ，利用p a h s 优势降解菌，研究了非离 子表面活性剂t w e e n - 2 0 ( t w 2 0 ) 对p a l - i s 类疏水性有机物生物降解过程的影响。结果表 明，t w 2 0 对p h e 具有较好的增溶效果；t w - 2 0 具有很好的生物降解性；不同浓度的 t w 2 0 存在情况下，降解菌对p h e 都有很好的去除效果。t w 2 0 可以用p a l - i s 污染的生物 修复。 宋玉芳等【3 0 】研究了表面活性剂和t w 8 0 对土壤中多环芳烃生物降解的影响，认为表 面活性剂能提高p a i l s 的生物可利用性，加快p a l - i s 的降解速率，但表面活性剂浓度过高 则可抑制微生物活性。他们还发现，t w 8 0 在土壤中含有优势真菌，这些真菌被鉴定为 常见的青霉、蠕形青霉、淡紫青霉和顶孢头孢霉，它们是土壤p a l - i s 迅速降解的动因。 欧阳科等研究了在不同的表面活性剂条件下蒽高效降解菌降解葸的情况。结果表 明，使用表面活性剂能极大地促进葸的降解，而相同条件下生物表面活性剂效果要优于 化学表面活性剂。在不加表面活性剂、加入十二烷基磺酸钠、加入吐温2 0 及加入生物 表面活性剂产生菌四种情况下，经过6 d 的降解，葸的浓度分别从2 5 0 9 9 m l 降至2 1 4 ， 1 9 9 2 ，1 3 8 7 和11 4 8 1 a g m l ，分别降解t 3 6 ，5 0 8 ，l1 1 3 和1 3 5 2 9 9 m l ，显示了极强的 降葸能力。说明使用单一的降解菌效果不太明显，将：甑降解菌和产表面活性剂产生菌接 合构成一个混合菌群使用时，效果非常明显。 5 第一章绪论 1 2 2 2 添加营养物质和堆肥 营养物质能为微生物从外部环境提供其生命活动必需的能量和物质，满足其自身生 长和繁殖的需要。适当添加营养物质可以提高微生物的活性，促进p a h s 降解。 h o r m i s c h 等【3 2 】认为污染地通常含有大量的含碳化合物，但缺乏对矿化必要的适宜数 量的氮，他们认为p a h s 或汽油污染土壤中加入亚甲基尿素可以提高土壤微生物活性、 促进降解。 孔凡美等利用盆栽试验研究了不同磷肥水平下接种丛枝菌根菌( a m f ) 对玉米修 复芘污染土壤的影响。结果表明，与p2 0 m g k g 处理相比，p8 0 m g k g 处理玉米接种及不 接种a m f 的土壤芘残留浓度分别降低了1 6 和1 9 ，表明缺磷土壤中施磷对玉米及菌根 玉米去除土壤芘均有一定促进作用。 周宏伟等【3 4 1 研究探讨了氮、磷两种营养元素对湿地底泥降解多环芳烃的影响。结果 表明，湿地底泥中本底浓度的氮和磷已经能够满足三环和四环多环芳烃的降解，外加氮 磷对五环的苯并芘降解具有显著的促进作用。 堆肥由于其较丰富的养分、良好的物理性质、较强的生物学活性而成为很多研究者 促进土壤中p a h s 降解的研究中常用的措施。很多研究表明，向污染土壤中加入堆肥有 利于增加污染物的去除【3 5 1 。 k a s t n e r 和m a h r o 3 叼研究了萘、葸、荧蒽和芘在污染土壤和污染土壤与堆肥的混合物 中的降解，发现加入堆肥可增加与土壤结合的p a h s 的去除。 1 2 2 3 共代谢 所谓的共代谢是指利用一种容易降解的物质作为支持微生物生长繁殖的营养物质， 而同时降解另一种物质，但后一种物质的降解和转化并不能使共代谢的微生物获得能 量、碳源或其它的任何营养物质3 7 1 。 张杰等人3 8 1 在提高菲降解率的研究中，加入适合浓度的葡萄糖作为共代谢底物，混 合菌系降解菲的速率逐渐由6 7 8 5 增j j l l 至u 8 6 3 4 。 m m h a f f e y - 等 3 9 】的实验表明，在有联苯、水杨酸作为共代谢底物时，b e i j e r i n c k i a 可 以分解原本不被其作为c 源和能源的苯并葸。水杨酸的存在能提高p s e u d o m o n a sp u t i d a n c i b 9 8 1 6 降解荧葸和苯并芘的能力。 共代谢底物的选择是应用该技术的关键之一。一般选择毒性较低、价格低廉、容易 获得且不易被其它非多环芳烃降解菌利用的物质作为多环芳烃的共代谢底物，也可选择 其代谢中间产物或与目标底物相似、能明显提高其降解率的物质作为共代谢底物f 2 5 1 。 6 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 1 2 2 4 提供电子受体 在对p a h s 的降解中，微生物主要是在好氧条件下进行的。作为电子受体，氧气的 充足与否直接限制了微生物对p a h s 的降解。因此，为了使降解微生物能良好地生长繁 殖，可以采用土地翻耕等方法来补充氧气，此外也可向污染环境中投加双氧水、过氧化 钙等氧化物来改善其缺氧环境。在无氧代谢条件下也可添加硝酸盐、硫酸盐类电子受体， 以提高其降解效率 4 0 l 。 j e e 等用生物反应器修复受p a h s 污染的底泥。在两种条件下对菲的降解进行比较， 曝气但没有机械搅拌和曝气有机械搅拌。运行7 天，菲基本被去除。其中菲的完全矿化 去除率在固体含量为1 0 、搅拌且曝气的条件下最高达4 0 。 研究表明，在反硝化的条件下，p a h s 可以以硝酸盐作为电子受体发生无氧降解。 在硫酸盐还原环境中，p a h s 的微生物降解仍然存在，以硫酸盐作为电子受体，可以降 解萘、菲、荧葸等【4 2 1 。 1 2 2 5 使用化学氧化剂 l9 世纪9 0 年代中期，国外就开始了有机污染土壤的化学氧化修复研究。而直至2 0 世 纪9 0 年代中期，石油污染土壤的化学氧化修复技术才得到应用。近几年来，h 2 0 2 以及 f e n t o n 试剂氧化技术广泛用于有机污染土壤修复，并和生物降解联合使用，成为土壤有 机污染修复的发展趋势【4 3 1 。 w a t t s 等m 发现当p h 为3 时，f e n t o n 试剂可使土壤中的五氯苯酚( p c p ) 毛e 2 4h 内分解 达9 9 9 以上。 m a r t e n s 等【4 5 1 的实验表明，用f e n t o n 试剂处理过的p a h s i ：匕未处理的更容易降解，将 f e n t o n 试剂作为前处理方法使9 种p a h s 的矿化率平均提高了8 7 。 1 2 2 6 调节温度、湿度和p h 影响p a h s 降解的环境因素包括温度、湿度、p h 、氧含量、盐分、光强、土壤类型 等。温度、湿度、p h 等直接影响降解菌的活性，湿度还影响到土壤的通气性和氧化还原 电位等，这些因素对p a h s 降解有很大影响【2 5 1 。 温度对p a h s 生物降解的影响主要表现在其对p a h s 的理化性质、化学组成、微生物 对p a h s 的代谢以及微生物群落结构等的影响。低温下由于酶活性的降低使p a h s 的生物 降解受到抑制。在3 0 - 4 0 范围内，高温可以提高p a h s 代谢率达到最大值。但超过这 个温度范围，p a h s 的膜毒性会增高【4 6 j 。 同大多数微生物一样，能