電滲析-微生物技術(shù)修復(fù)油污土壤的效能及影響因素研究.pdf

1、落地油是石油污染土壤的重要來源之一，落地油產(chǎn)生后，若不及時(shí)處理，就會(huì)成為老化石油。由于老化石油不僅具有復(fù)雜的石油烴組分，還容易與土壤顆粒緊密結(jié)合，造成土壤的低滲透性，導(dǎo)致修復(fù)難度增大，因此針對(duì)老化石油污染土壤的有效修復(fù)研究具有重要意義，基于此，本研究以長期暴露于環(huán)境中的老化石油污染土壤為修復(fù)對(duì)象，將電滲析修復(fù)技術(shù)與微生物修復(fù)技術(shù)組合來處理土壤中的老化石油，并對(duì)修復(fù)效能及影響因素進(jìn)行了探索研究。
　　本研究首先通過常規(guī)的土壤分析技術(shù)

2、，比較研究了不同污染程度的老化石油污染土壤的主要理化性質(zhì)及微生物學(xué)性質(zhì)，結(jié)果表明，與未污染土壤相比，老化石油污染土壤的pH及含水率變化與土壤中的總石油烴(TPH)含量直接相關(guān)，均表現(xiàn)為下降趨勢，而呼吸強(qiáng)度和典型酶(脫氫酶及過氧化氫酶)含量略有升高，變性梯度凝膠電泳(DGGE)技術(shù)對(duì)微生物群落的分析結(jié)果表明這是石油作為有機(jī)底物刺激了土壤中部分細(xì)菌的生長繁殖所導(dǎo)致的。
　　本研究首次提出采用β-環(huán)糊精作為增溶劑來促進(jìn)老化石油從土壤顆粒

3、表面的解吸，并通過靜態(tài)試驗(yàn)證實(shí)了針對(duì)高污染強(qiáng)度(78.6mg/g soil)的老化石油污染土壤，β-環(huán)糊精促進(jìn) TPH的解吸效率達(dá)到79.4％，雖然略低于于表面活性劑 SDS(86.5%)，但β-環(huán)糊精更具有環(huán)境安全性，可以作為老化石油增溶劑的理想選擇，其增溶機(jī)理主要是依靠β-環(huán)糊精與石油烴發(fā)生的n:1(n>1)包合反應(yīng)，根據(jù)本試驗(yàn)中老化石油的污染強(qiáng)度(78.6mg/g soil)，β-環(huán)糊精的最佳使用濃度為1674mg/L，此時(shí)，TP

4、H的解吸過程符合假二階動(dòng)力學(xué)模型，初始的pH及 Ca2+濃度對(duì)解吸過程的影響較小，但β-環(huán)糊精在促進(jìn)土壤中TPH解吸的過程中存在少量的吸附損失，約為18.7mg/g soil，吸附損失符合Freundlich等溫吸附模型，求得吸附損失的方程表達(dá)式為：lnqea=ln0.0018+lnCs/0.664。然后將β-環(huán)糊精促進(jìn)石油烴解吸的條件應(yīng)用于電滲析修復(fù)過程強(qiáng)化土壤中石油烴類污染物的去除，結(jié)果表明，石墨電極的修復(fù)效果優(yōu)于金屬電極，選擇石墨

5、電極采用單陽極單陰極工藝進(jìn)行修復(fù)過程中，在電場強(qiáng)度為2V/cm時(shí)，可以將土壤中石油烴含量從78.6mg/g soil降至50.2mg/g soil，獲得36.1%的去除率，呼吸強(qiáng)度及典型酶含量均出現(xiàn)不同程度的降低，陽極土壤的pH降低幅度較小，從8.38降至7.22，DGGE圖譜顯示陽極土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)受到的影響較小，從細(xì)菌種屬的多樣性來看，通電修復(fù)技術(shù)后，陽極土壤中仍然包含了原始土樣中可檢測的11個(gè)細(xì)菌種屬中的8個(gè)。采用多陽極單陰極

6、電動(dòng)工藝在2V/cm的電場強(qiáng)度下雖然可以獲得38.3%的去除率，但是電能效率只有2.65g/kWh，遠(yuǎn)低于單陽極單陰極工藝(7.799g/kWh)。
　　通過傳統(tǒng)的平板分離法，從老化石油污染的土壤中篩選獲得了三株具有高效降解石油烴能力的菌株，分別命名為 S1、S11、D7，16SrRNA序列分析比對(duì)結(jié)果顯示，其與Bacillus flexus、 Pseudomonas seudoalcaligenes、Pseudomonas au

7、rantiaca，相似性分別為100%、99%、97%，在石油培養(yǎng)基中對(duì) TPH均具有40%的去除率，其中S1和S11是通過自身產(chǎn)生脂肽類生物表面活性劑促進(jìn)石油烴增溶來進(jìn)行降解。試驗(yàn)中針對(duì)實(shí)際老化石油污染土壤，采用了生物泥漿法考察了復(fù)配菌液對(duì)TPH的去除效果，結(jié)果表明，當(dāng)S1:S11:D7按體積比為0.5:2:2復(fù)配時(shí)可以獲得的去除率最高，達(dá)到40.8%，調(diào)整初始 pH為7.0時(shí)，可以將去除率進(jìn)一步提高到43.7%。
　　最后，本

8、研究通過小試試驗(yàn)證實(shí)了電動(dòng)修復(fù)與微生物修復(fù)技術(shù)聯(lián)合進(jìn)行土壤中老化石油去除的有效性，并考察了氮源、磷源、鐵鎂離子、β-環(huán)糊精、硝酸鹽氮及生物載體投加等環(huán)境因素對(duì)修復(fù)過程的影響，結(jié)果表明，氨氮和硝酸鹽氮是影響其原位微生物修復(fù)的關(guān)鍵因素，試驗(yàn)的初始條件為：在每300g陽極土壤中加入復(fù)配菌液180mL，完全混合后裝入圓筒形工藝，形成的土柱高度約為15cm，試驗(yàn)過程中每2d翻土一次，每10d加入約60mL水，并翻土混勻，當(dāng)投加2g氨氮時(shí)，土壤中石

9、油烴的去除率可達(dá)61.3%，而投加2g硝酸鹽氮時(shí)，石油烴的去除率可達(dá)74.9%，同時(shí)對(duì)土壤中的微生物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行DGGE分析，結(jié)果表明，氨氮及硝酸鹽氮的投加均豐富了土壤中細(xì)菌種群的多樣性，投加硝酸鹽氮后還促進(jìn)了 Pseudomonas sp.、 Rhodococcus sp.、Rhodobacter sp.、Mycobacterium monacense等具有反硝化能力菌株的出現(xiàn)并大量增殖，分析認(rèn)為強(qiáng)化反硝化作用能夠有效提高土壤中TPH