高工論文石油解混合菌對土壤影響

　　石油對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稠油污染土壤的技術，分析修復過程中的影響因素，以為污染土壤修復提供技術支持。可以發表高工論文的期刊有《污染防治技術》2001年鎮江市環保局根據科技部有關規定不再參與主辦工作，由江蘇環境科學學會獨家主辦。是江蘇省環保科技重點刊物，創刊十六年來，以其濃厚的科技內涵和專業特色，受到廣大環保科技人士的歡迎和好評。獲獎情況：2001年被評為江蘇省一級期刊。

　　1石油烴的測定方法

　　石油烴的濃度依據“GB/T16488-1996水質石油類和動植物油的測定紅外分光光度法”進行。將含有菌液的原油無機鹽培養基轉移至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，將萃取溶液轉移至一新的三角瓶中，用CCl4萃取，重復操作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，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型全自動紅外分光測油儀測定石油類含量，并計算石油烴的降解率。

　　2結果與討論

　　2.1修復方案的比較

　　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量的10%。利用NaNO3調整土壤的初始N含量為0.6%，利用K2HPO4•7H2O調整土壤的初始P含量為0.2%，土壤的初始pH調整為8.0，混合菌液接種量為50mL，菌液的細菌濃度維持在108～109CFU•mL-1。在添加營養元素、水分、膨松劑適宜的條件下，投加石油烴降解混合菌KL9-1，可明顯改善修復效果，經過70d的微生物修復后，方案4的石油烴降解率可達51.02%，后續的修復效果影響因素分析以方案4為基礎進行。

　　2.2修復過程中的影響因素

　　2.2.1初始pH的影響調節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作為空白對照實驗。圖2為不同初始pH對混合菌KL9-1修復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，修復效果相對較差。當初始pH為8.0時，通過70d的微生物修復，石油烴的降解率可達53.13%。當初始pH為10.0時，通過70d的微生物修復，土壤中石油烴的降解率只有38.27%。微生物的生化反應都需要酶的參與，而酶反應需要合適的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膜所帶電荷發生變化，抑制細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接種量的影響每個花盆中設定菌液接種量分別為10.0mL、30.0mL、50.0mL、70.0mL、90.0mL，細菌數為108～109CFU•mL-1，每10d取1次樣，測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營養作為空白對照實驗。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效果，因此在土壤的生物修復過程中，僅靠土著微生物的降解難以達到較好的效果。研究表明〔11〕，通過添加高效外源菌劑可使石油去除率提高，并能縮短修復時間。接種量低于30mL時，由于微生物數量不足，石油烴濃度相對于細菌數量來說過高，因而會對細菌的生長產生抑制作用，土壤的修復效果較差。當接種50mL時，石油烴的降解率達到53.69%。當接種量為90mL時，石油烴的降解率為38.91%，可能是因為微生物密度過大供氧不足導致降解率下降，從而使反應速率降低。混合菌KL9-1修復的最佳接種量確定為50mL。

　　2.2.3氮磷營養的影響利用K2HPO4•7H2O調整土壤的初始P含量為0.2%，利用NaNO3按N∶P為1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1的比例調整土壤中初始N含量，10d取1次樣，測定不同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作為空白對照實驗。土壤中不同的N/P對石油烴降解率有一定的影響。實驗所用的土樣為克拉瑪依地區的土壤，N、P含量較低，如果不添加N、P營養物質，微生物的生長會受到抑制，因而會影響土壤的修復效果，經過70d生物修復后，石油烴降解率僅為13.52%;而按照一定比例加入N、P營養元素后，石油烴的降解率提高，這是因為適量比例N、P的添加能夠促進微生物的生長，從而改善土壤的修復效果。一般認為C∶N∶P為100∶10∶1時最適于烴類污染物的生物降解〔12〕。實驗結果表明，當N∶P為2∶1時降解效果最好，土壤經過70d修復后，其石油烴的降解率可達53.16%，但如果再繼續提高N、P，石油烴的降解率反而會下降，說明混合菌KL9-1的生長對N、P營養源的要求較高，不合適的N/P會抑制混合菌KL9-1的生長，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作為空白對照。在石油污染土壤中的生物修復過程中，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。在進行石油污染土壤的生物修復時，選擇表面活性劑需要滿足〔11〕:①對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不會造成土壤物理性質惡化。陰離子表面活性劑的加入有助于碳氫化合物從土粒表面解脫進入液相，改進憎水性有機化合物的親水性和生物可利用性，有利于細菌降解碳氫化合物。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，當表面活性劑的添加量為6.0g時，修復70d后的石油烴降解率可達53.92%，當添加量超過6.0g時，隨著表面活性劑用量的增加，土壤中石油烴的降解率會下降，說明盡管Tween80的毒性作用相對較小，但含量過高仍會對微生物生長和活性有抑制作用，這也說明石油類物質降解的復雜性。

　　2.2.5翻耕頻率的影響各實驗組分別設置為1d、2d、3d、4d及5d翻耕1次，每10d取樣1次，測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作為空白對照實驗。由圖6可以看出，翻耕頻率的不同明顯影響混合菌KL9-1對稠油污染土壤的修復效果，正是因為翻耕可以保證土壤中的水分、氧氣及微生物在空間和時間上分布的均勻性。在翻耕過程中，空氣中的氧氣進入土壤，同時土壤內部代謝產生的CO2被釋放出來，從而保證微生物生長代謝過程中有充足的氧，因此適當提高土壤的翻耕頻率，可以改善土壤的微生物修復效果。當翻耕頻率為每2d1次時，經過70d的修復，土壤中石油烴的降解率可達54.07%，但翻耕頻率為每天1次時，石油烴的降解率卻有所下降，這可能是因為過頻繁的翻耕影響混合菌群之間的協同作用，從而影響了石油烴的分解。

　　2.2.6澆水頻率的影響各實驗組分別設置為1d、2d、3d、4d及5d澆水1次，每10d取樣1次，測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作為空白對照實驗。水對微生物的生長代謝有重要的影響，土壤中微生物數量及活性與土壤含水量有密切的關系。當土壤中含水量過低時，主要從兩個方面影響土壤修復效果，第一是微生物的生長代謝受到抑制，因此會降低土壤中微生物的數量及活性。另外就是土壤中的營養物質和污染物質的傳質速度會大大降低，生物可利用性變差，不利于生物修復的開展，特別是在沙漠和荒漠地區〔13〕。由圖7可見，澆水對降解率的影響很大，在40℃高溫條件下，5d澆水1次時降解率很低，這是因為高溫條件下水分蒸發較快，微生物得不到充足的水分供應而無法生長，因此土壤中整體代謝速率降低，從而影響修復效果。由圖5～6還可以看出，土壤中如果含水率過高也會影響石油烴的降解率，這是因為土壤的有效毛細孔隙被水充滿，妨礙了空氣的傳遞，造成土壤中氧的供應不足，從而抑制了微生物的生長及石油烴的降解。由圖7可知，當每2d澆水1次時降解率最高，可達53.62%以上。

　　2.2.7膨松劑對石油降解的影響實驗所選用的膨松劑為稻殼、干草、麥麩及玉米秸稈，共設4組花盆實驗，每組實驗做3個平行。每個花盆分別加入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作為空白對照。土壤顆粒具有一定的黏性，容易聚合結成塊狀，從而導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〕，在生物修復過程中加入牛糞、農作物莖稈、殼質素、鋸末及腐殖酸等有機物，可提高土壤的總體積，增加土壤的孔隙率，有利于增強土壤中水分的保持及空氣的流通。由圖8可以看出，當稻殼作為膨松劑添加到土壤中時，經過70d的修復，石油烴的降解率最高，可達53.73%，這是因為在質量相同的情況下，稻殼的尺寸相對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，從而微生物生長代謝旺盛，有助于石油烴降解率提高。

　　3結束語

　　以自然放置、營養+水分、營養+水分+麥糠以及營養+水分+麥糠+外源菌KL9-1這4種方式進行土壤修復，土壤中的石油烴降解率依次提高，其中以營養+水分+麥糠+外源菌的方式修復效果最好，經90d的實驗，土壤中石油烴的降解率為51.02%，表明接種混合菌KL9-1對稠油污染土壤的修復是有效的。混合菌KL9-1的單因素實驗研究表明，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修復有明顯的影響，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，經過70d的生物修復，石油烴降解率最高可達54.07%。但現場實驗與花盆實驗有較大差異，如土壤中水分的蒸發量就受光照強度等天氣因素的影響，因此現場修復要考慮這些因素的變化，而不是簡單的固定翻耕頻率及澆水頻率。

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