高工論文石油解混合菌對(duì)土壤影響

　　石油對(duì)土壤的污染如何處理呢?本篇高工論文提供了石油烴降解混合菌改善修復(fù)稠油污染土壤的技術(shù)，分析修復(fù)過程中的影響因素，以為污染土壤修復(fù)提供技術(shù)支持。可以發(fā)表高工論文的期刊有《污染防治技術(shù)》2001年鎮(zhèn)江市環(huán)保局根據(jù)科技部有關(guān)規(guī)定不再參與主辦工作，由江蘇環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)獨(dú)家主辦。是江蘇省環(huán)�？萍贾攸c(diǎn)刊物，創(chuàng)刊十六年來，以其濃厚的科技內(nèi)涵和專業(yè)特色，受到廣大環(huán)保科技人士的歡迎和好評(píng)。獲獎(jiǎng)情況：2001年被評(píng)為江蘇省一級(jí)期刊。

　　1石油烴的測(cè)定方法

　　石油烴的濃度依據(jù)“GB/T16488-1996水質(zhì)石油類和動(dòng)植物油的測(cè)定紅外分光光度法”進(jìn)行。將含有菌液的原油無機(jī)鹽培養(yǎng)基轉(zhuǎn)移至250mL分液漏斗中，利用1mol•L-1的鹽酸使其酸化至pH≤2，用20mL環(huán)保專用CCl4洗滌三角瓶，洗滌液也加到分液漏斗中，然后加入2g氯化鈉破乳，充分振蕩3min后，靜置5min待其分層，將萃取溶液轉(zhuǎn)移至一新的三角瓶中，用CCl4萃取，重復(fù)操作2次，合并3次的萃取液。將15mm厚的無水Na2SO4(300℃烘干2h)平鋪于玻璃砂芯漏斗內(nèi)，萃取液緩慢通過砂芯漏斗除去其中的水分，隨后用真空泵將濾液抽至抽濾瓶中，用適量CCl4洗滌砂芯漏斗，洗滌液也轉(zhuǎn)移至抽濾瓶中。將抽濾瓶中的濾液移至100mL容量瓶中，用CCl4定容至刻度、搖勻。并用OIL510型全自動(dòng)紅外分光測(cè)油儀測(cè)定石油類含量，并計(jì)算石油烴的降解率。

　　2結(jié)果與討論

　　2.1修復(fù)方案的比較

　　麥糠的添加量為土壤體積的20%，加水后的土壤含水量為25%，外源菌的投加量為土壤質(zhì)量的10%。利用NaNO3調(diào)整土壤的初始N含量為0.6%，利用K2HPO4•7H2O調(diào)整土壤的初始P含量為0.2%，土壤的初始pH調(diào)整為8.0，混合菌液接種量為50mL，菌液的細(xì)菌濃度維持在108～109CFU•mL-1。在添加營(yíng)養(yǎng)元素、水分、膨松劑適宜的條件下，投加石油烴降解混合菌KL9-1，可明顯改善修復(fù)效果，經(jīng)過70d的微生物修復(fù)后，方案4的石油烴降解率可達(dá)51.02%，后續(xù)的修復(fù)效果影響因素分析以方案4為基礎(chǔ)進(jìn)行。

　　2.2修復(fù)過程中的影響因素

　　2.2.1初始pH的影響調(diào)節(jié)稠油污染土壤的初始pH，使其分別為6.0、7.0、8.0、9.0、10，每10d取1次樣，測(cè)定在不同pH下的石油烴降解率，以不接種菌劑，不添加表面活性劑和N、P作為空白對(duì)照實(shí)驗(yàn)。圖2為不同初始pH對(duì)混合菌KL9-1修復(fù)稠油污染土壤效果的影響。由圖2可以看出，混合菌KL9-1在土壤初始pH為6.0時(shí)，修復(fù)效果相對(duì)較差。當(dāng)初始pH為8.0時(shí)，通過70d的微生物修復(fù)，石油烴的降解率可達(dá)53.13%。當(dāng)初始pH為10.0時(shí)，通過70d的微生物修復(fù)，土壤中石油烴的降解率只有38.27%。微生物的生化反應(yīng)都需要酶的參與，而酶反應(yīng)需要合適的pH范圍，如果土壤初始pH過低或過高，可引起微生物的原生質(zhì)膜所帶電荷發(fā)生變化，抑制細(xì)胞酶的活性及向胞外分泌，從而降低土壤中的石油烴生物降解速率。

　　2.2.2接種量的影響每個(gè)花盆中設(shè)定菌液接種量分別為10.0mL、30.0mL、50.0mL、70.0mL、90.0mL，細(xì)菌數(shù)為108～109CFU•mL-1，每10d取1次樣，測(cè)定在不同混合菌接種量下的石油烴降解率，以不接種混合菌劑，不添加表面活性劑和N、P營(yíng)養(yǎng)作為空白對(duì)照實(shí)驗(yàn)。由圖3可以看出，混合菌KL9-1的添加可以明顯改善土壤的修復(fù)效果，因此在土壤的生物修復(fù)過程中，僅靠土著微生物的降解難以達(dá)到較好的效果。研究表明〔11〕，通過添加高效外源菌劑可使石油去除率提高，并能縮短修復(fù)時(shí)間。接種量低于30mL時(shí)，由于微生物數(shù)量不足，石油烴濃度相對(duì)于細(xì)菌數(shù)量來說過高，因而會(huì)對(duì)細(xì)菌的生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用，土壤的修復(fù)效果較差。當(dāng)接種50mL時(shí)，石油烴的降解率達(dá)到53.69%。當(dāng)接種量為90mL時(shí)，石油烴的降解率為38.91%，可能是因?yàn)槲⑸�物密度過大供氧不足導(dǎo)致降解率下降，從而使反應(yīng)速率降低�；旌暇鶮L9-1修復(fù)的最佳接種量確定為50mL。

　　2.2.3氮磷營(yíng)養(yǎng)的影響利用K2HPO4•7H2O調(diào)整土壤的初始P含量為0.2%，利用NaNO3按N∶P為1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1的比例調(diào)整土壤中初始N含量，10d取1次樣，測(cè)定不同N/P下的石油烴降解率。以不接種菌劑，不添加表面活性劑和N、P作為空白對(duì)照實(shí)驗(yàn)。土壤中不同的N/P對(duì)石油烴降解率有一定的影響。實(shí)驗(yàn)所用的土樣為克拉瑪依地區(qū)的土壤，N、P含量較低，如果不添加N、P營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，微生物的生長(zhǎng)會(huì)受到抑制，因而會(huì)影響土壤的修復(fù)效果，經(jīng)過70d生物修復(fù)后，石油烴降解率僅為13.52%;而按照一定比例加入N、P營(yíng)養(yǎng)元素后，石油烴的降解率提高，這是因?yàn)檫m量比例N、P的添加能夠促進(jìn)微生物的生長(zhǎng)，從而改善土壤的修復(fù)效果。一般認(rèn)為C∶N∶P為100∶10∶1時(shí)最適于烴類污染物的生物降解〔12〕。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)N∶P為2∶1時(shí)降解效果最好，土壤經(jīng)過70d修復(fù)后，其石油烴的降解率可達(dá)53.16%，但如果再繼續(xù)提高N、P，石油烴的降解率反而會(huì)下降，說明混合菌KL9-1的生長(zhǎng)對(duì)N、P營(yíng)養(yǎng)源的要求較高，不合適的N/P會(huì)抑制混合菌KL9-1的生長(zhǎng)，從而使石油烴的降解率下降。

　　2.2.4表面活性劑的影響向花盆中分別加入Tween80表面活性劑2g、4g、6g、8g、10g，每10d取1次樣，測(cè)定加入不同量的表面活性劑石油烴的降解率，以不接種菌劑，不添加表面活性劑和N、P作為空白對(duì)照。在石油污染土壤中的生物修復(fù)過程中，石油中的主要烴類化合物具有憎水性，是影響微生物代謝、降解的主要問題。表面活性劑可以促進(jìn)石油的乳化，使之在土壤的水相中分散，增加兩相間的界面面積。在進(jìn)行石油污染土壤的生物修復(fù)時(shí)，選擇表面活性劑需要滿足〔11〕:①對(duì)微生物和其他生物無毒害、無副作用;②易被生物降解;③能夠提高污染物的生物降解性;④不會(huì)造成土壤物理性質(zhì)惡化。陰離子表面活性劑的加入有助于碳?xì)浠�合物從土粒表面解脫進(jìn)入液相，改進(jìn)憎水性有機(jī)化合物的親水性和生物可利用性，有利于細(xì)菌降解碳?xì)浠�合物。隨著表面活性劑Tween80添加量的增大，土壤中石油烴的降解率也逐漸增大，當(dāng)表面活性劑的添加量為6.0g時(shí)，修復(fù)70d后的石油烴降解率可達(dá)53.92%，當(dāng)添加量超過6.0g時(shí)，隨著表面活性劑用量的增加，土壤中石油烴的降解率會(huì)下降，說明盡管Tween80的毒性作用相對(duì)較小，但含量過高仍會(huì)對(duì)微生物生長(zhǎng)和活性有抑制作用，這也說明石油類物質(zhì)降解的復(fù)雜性。

　　2.2.5翻耕頻率的影響各實(shí)驗(yàn)組分別設(shè)置為1d、2d、3d、4d及5d翻耕1次，每10d取樣1次，測(cè)定在不同翻耕頻率下的石油烴降解率，以不接種菌劑，不添加表面活性劑和N、P作為空白對(duì)照實(shí)驗(yàn)。由圖6可以看出，翻耕頻率的不同明顯影響混合菌KL9-1對(duì)稠油污染土壤的修復(fù)效果，正是因?yàn)榉�耕可以保證土壤中的水分、氧氣及微生物在空間和時(shí)間上分布的均勻性。在翻耕過程中，空氣中的氧氣進(jìn)入土壤，同時(shí)土壤內(nèi)部代謝產(chǎn)生的CO2被釋放出來，從而保證微生物生長(zhǎng)代謝過程中有充足的氧，因此適當(dāng)提高土壤的翻耕頻率，可以改善土壤的微生物修復(fù)效果。當(dāng)翻耕頻率為每2d1次時(shí)，經(jīng)過70d的修復(fù)，土壤中石油烴的降解率可達(dá)54.07%，但翻耕頻率為每天1次時(shí)，石油烴的降解率卻有所下降，這可能是因?yàn)檫^頻繁的翻耕影響混合菌群之間的協(xié)同作用，從而影響了石油烴的分解。

　　2.2.6澆水頻率的影響各實(shí)驗(yàn)組分別設(shè)置為1d、2d、3d、4d及5d澆水1次，每10d取樣1次，測(cè)定在不同澆水頻率下的石油烴降解率，以不接種菌劑，不添加表面活性劑和N、P作為空白對(duì)照實(shí)驗(yàn)。水對(duì)微生物的生長(zhǎng)代謝有重要的影響，土壤中微生物數(shù)量及活性與土壤含水量有密切的關(guān)系。當(dāng)土壤中含水量過低時(shí)，主要從兩個(gè)方面影響土壤修復(fù)效果，第一是微生物的生長(zhǎng)代謝受到抑制，因此會(huì)降低土壤中微生物的數(shù)量及活性。另外就是土壤中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和污染物質(zhì)的傳質(zhì)速度會(huì)大大降低，生物可利用性變差，不利于生物修復(fù)的開展，特別是在沙漠和荒漠地區(qū)〔13〕。由圖7可見，澆水對(duì)降解率的影響很大，在40℃高溫條件下，5d澆水1次時(shí)降解率很低，這是因?yàn)楦邷貤l件下水分蒸發(fā)較快，微生物得不到充足的水分供應(yīng)而無法生長(zhǎng)，因此土壤中整體代謝速率降低，從而影響修復(fù)效果。由圖5～6還可以看出，土壤中如果含水率過高也會(huì)影響石油烴的降解率，這是因?yàn)橥寥赖挠行�毛�?xì)孔隙被水充滿，妨礙了空氣的傳遞，造成土壤中氧的供應(yīng)不足，從而抑制了微生物的生長(zhǎng)及石油烴的降解。由圖7可知，當(dāng)每2d澆水1次時(shí)降解率最高，可達(dá)53.62%以上。

　　2.2.7膨松劑對(duì)石油降解的影響實(shí)驗(yàn)所選用的膨松劑為稻殼、干草、麥麩及玉米秸稈，共設(shè)4組花盆實(shí)驗(yàn)，每組實(shí)驗(yàn)做3個(gè)平行。每個(gè)花盆分別加入30.0g稻殼、干草、麥麩或玉米秸稈，每10d取樣1次，測(cè)定在添加不同膨松劑情況下的石油烴降解率。以不接種菌劑，不添加表面活性劑和N、P作為空白對(duì)照。土壤顆粒具有一定的黏性，容易聚合結(jié)成塊狀，從而導(dǎo)致土壤顆粒的孔隙率減小，不利于土壤中水分的保持及空氣的流通，添加膨松劑能在一定程度上克服上述問題。研究表明〔14-15〕，在生物修復(fù)過程中加入牛糞、農(nóng)作物莖稈、殼質(zhì)素、鋸末及腐殖酸等有機(jī)物，可提高土壤的總體積，增加土壤的孔隙率，有利于增強(qiáng)土壤中水分的保持及空氣的流通。由圖8可以看出，當(dāng)?shù)練ぷ鳛榕蛩蓜┨砑拥酵寥乐袝r(shí)，經(jīng)過70d的修復(fù)，石油烴的降解率最高，可達(dá)53.73%，這是因?yàn)樵谫|(zhì)量相同的情況下，稻殼的尺寸相對(duì)于其他幾種膨松劑要小，比表面積更大，因此可使土壤的孔隙率變得更大，且較大的比表面積可吸附更多的石油烴，水土保持的能力更強(qiáng)，從而微生物生長(zhǎng)代謝旺盛，有助于石油烴降解率提高。

　　3結(jié)束語

　　以自然放置、營(yíng)養(yǎng)+水分、營(yíng)養(yǎng)+水分+麥糠以及營(yíng)養(yǎng)+水分+麥糠+外源菌KL9-1這4種方式進(jìn)行土壤修復(fù)，土壤中的石油烴降解率依次提高，其中以營(yíng)養(yǎng)+水分+麥糠+外源菌的方式修復(fù)效果最好，經(jīng)90d的實(shí)驗(yàn)，土壤中石油烴的降解率為51.02%，表明接種混合菌KL9-1對(duì)稠油污染土壤的修復(fù)是有效的。混合菌KL9-1的單因素實(shí)驗(yàn)研究表明，pH、接種量、土壤N/P、表面活性劑用量、翻耕頻率、澆水頻率和膨松劑種類等對(duì)修復(fù)有明顯的影響，在每千克稠油污染土壤的體系中，控制初始pH為8.0，接種量為70.0mL，N∶P=3∶1，表面活性劑用量為4.0g，每2d澆水1次，每4d翻耕1次，在此條件下，經(jīng)過70d的生物修復(fù)，石油烴降解率最高可達(dá)54.07%。但現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)與花盆實(shí)驗(yàn)有較大差異，如土壤中水分的蒸發(fā)量就受光照強(qiáng)度等天氣因素的影響，因此現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)要考慮這些因素的變化，而不是簡(jiǎn)單的固定翻耕頻率及澆水頻率。

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