石油污染土壤微生物修复技术x
时间：2020-10-21 12:33:39 来源：勤学考试网 本文已影响 人 
石油污染土壤的微生物修复技术
摘要：石油污染是我国陆地主要污染问题之一，尽管用微生物修复技术在以往的应用中取得了较好的效果，但随着石油污染问题的加剧，微生物修复技术面临着巨大的挑战。本文从原理、技术两方面综述了微生物修复石油污染方面的研究进展和发展状况，并指出局限性和以后的发展方向和趋势。
关键词：石油污染；微生物；土壤修复
1 引言（Introduction）
随着石油工业的飞速发展，石油造成的土壤污染日益加剧，原油的遗撒、含油污水的不达标排放成为污染的主要途径。研究表明，石油污染土壤中的有毒物质不仅会导致地表水和地下水的污染，还会通过食物链达到人体内，危害人体健康[1]，治理被石油污染的土壤刻不容缓。微生物治理技术以其环境友好和费用低（仅为理化治理技术的30%-50%）的优势，引起了相关领域的关注[2]。由于石油组分相对较复杂，微生物的作用底物和作用机制的不同，单一微生物难以达到理想的修复效果，所以高效石油降解菌的选择和协同作用显得格外重要，掌握菌种资源分类特征和作用机制是面对微生物修复技术应用挑战和取得理想修复效果的关键[3]。
2 土壤的微生物修复技术原理(The principle of soil microbial remediation)
2.1 土壤的自净作用
土壤环境的自净作用是指在自然因素的作用下，污染物的数量，浓度或毒性通过土壤自身的净化机制降低的过程。根据自净作用机理不同，土壤的自净作用分为物理、物理化学、化学和生物净化作用四种[4]。
2.2 石油污染
物质和能量输入土壤体系后，在土壤中发生迁移、转化和积累，从而影响着土壤环境的组成、结构、性质和功能；同时土壤也向环境中输出物质和能量，并不断地影响环境的状态、性质和使用功能。正常情况下，两者之间处于一种稳定的动平衡状态。但当生产和生活中产生的污染物质通过各种途径进入到土壤中，污染物的数量及进入土壤的速度超过了土壤环境自身的净化能力，土壤的自净作用无法完成,就会造成污染物的积累，从而引起土壤正常功能的紊乱和土壤质量的下降。由于土壤环境中污染物质还会发生迁移和转化，还会引起大气、水体和生物污染。在 20 世纪 90 年代，研究者发现石油污染危害的持久性，石油污染不仅引起了水土环境质量的下降，而且导致了大批动植物死亡，甚至引发了物种基因的突变，对整个生态系统造成了难以弥补的危害［5］。石油进入土壤后,会破坏土壤结构,分散土粒,使土壤的透水性降低。其富含的反应基能与无机氮、磷结合并限制硝化作用和脱磷酸作用,从而使土壤有效磷、氮的含量减少[6]。石油成分中的多环芳烃，具有致癌、致变、致畸等活性和能通过食物链在植物体内逐级富集，它在土壤中的积累更具危害。
2.3 微生物修复原理
土壤环境中大多数都存在着能够降解有毒有害污染物的天然微生物，但由于营养盐缺乏、溶解氧不足，能够高效降解的微生物生长缓慢甚至不生长等因素，往往自然净化过程极为缓慢[7]。微生物修复技术的原理是利用土壤中原有的土著菌或在污染土壤中接种人工选育的高效降解菌, 同时给予优化的环境条件, 以加速石油污染物的降解[8]。
3 微生物修复技术
3.1 生物刺激法
微生物的生长不仅需要有机物质提供碳源，还需要其他营养物质。可以通过向污染土壤中添加微生物生长所必需的营养物质,来改善微生物生长环境，促进污染物降解和转化能力[9]。如对含油污泥进行生物修复时，添加酵母膏或酵母废液可显著地促进石油烃类化合物的降解。此外，使用营养盐的效果随环境不同而不同，通过实验发现，C:N:P的比值为100:60:1时处理效果比较明显[10]。
微生物对污染物的生物降解主要在酶的催化作用进行，但发挥降解作用的很多酶都不是胞外酶。通过向污染土壤环境中添加表面活性剂，增加污染物与微生物细胞的接触率，促使污染物得到分解[11]。在含煤焦油、石油烃和石蜡等污染物的土壤修复中，使用添加表面活性剂能取得较好的效果。同时选择表面活性剂易于生物降解、对土壤中的生物无毒害作用且不会引起土壤物理性质的恶化、通常本身就能促进污染物可得性[12]。
3.2 投菌法
土壤中的微生物种类繁多,但受污染的土壤而言,不一定存在能够降解相应污染物质的微生物。为提高污染土壤中污染物的降解效果,需要接种具有某些特定降解功能的微生物,并使之成为其中的优势微生物种群。接种的微生物通常为土著微生物、外来微生物和基因工程菌三类[13]。同时提供这些微生物所需要的营养元素，包括N、P为主的常量营养元素和微量营养元素[14]。石油污染土壤修复前, 须先进行高效石油降解菌群的活化培养, 待菌群活性最高时, 方可投加入石油污染土壤中, 经混匀搅拌后, 可定期观测石油污染物降解情况, 视污染物残留情况, 再分批次投加菌剂[15]。张超等利用根瘤菌、节细菌、嗜盐菌和芽孢杆菌组成的混合菌群对石油污染土壤进行了修复实验, 40 d后石油污染物的降解率达到了66.95%[16]。修复过程中, 土壤颗粒对降解菌群的吸附和截留作用, 使高效降解菌群不能均匀分布于污染物界面。因此, 投加菌剂后应充分搅拌或多批次投加, 以尽可能的增加降解菌群与污染物接触面积, 提升修复效果[17]。
3.3 生物通气法
生物通风是一种应用前景较为广阔的原位生物修复方法。其通过风机和空气注射井向污染土壤中注入适量的空气来创造适合土著微生物生长的好氧环境，从而增强污染物的降解速率[18]。除了吸附在土壤中的污染物被降解外，污染物中的易挥发组分在土壤间隙缓慢移动的过程中也被微生物降解或者从污染土壤中解析出来。
生物通风和土壤气相抽提的装置极为相似。二者之间最显著的差别在于生物通风技术注重修复过程中有机物的生物降解因素，而土壤气相抽提更注重有机物的挥发因素[19]。因此，生物通风系统中的气体流速要低于土壤气相抽提系统中的气体流速。此外，与土壤气相抽提相比, 生物通风修复过程能够有效克服修复过程中出现的拖尾效应, 缩短修复周期[20]。
4 微生物修复技术的发展与展望
微生物代谢活动易受环境条件变化的影响，特定生物只能吸收利用降解转化特定类型的化学物质，施用条件苛刻等原因，使得目前微生物技术在污染土壤修复应用受限，对石油中环烷烃等难降解污染物生物降解研究，仍局限于实验室研究。突破应用的局限，未来微生物土壤修复技术着重发展方向将主要集中在以下5个方面:(1)多途径、多方法分离和筛选具有高效降解特性的菌株，建立高效降解菌的种子库;(2)利用基因手段改良现有菌株适应性的步伐,扩大降解范围，提高降解能力;(3)加快降解酶的酶学研究;(4)进行微生物制剂的产业化生产及田间应用条件研究;(5)不同修复方式之间的组合研究。
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