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自20世纪70年代以来,随着石油年产量逐年增加,在2008年达到石油生产顶峰。石油污染土壤的微生物修复技术逐渐成为治理石油污染的核心技术。利用石油污染土壤环境中的土著菌种或者是向受污染的土地中施加经过驯化后的微生物,在C/N比适当的情况下,其内部能将石油类物质中的烃类代谢为不饱和脂肪酸同时产生某些双键的位移或产生甲基化,形成脂肪酸,加速新陈代谢,在氧气充足的作用下,发生氧化作用,脱氢生成水和CO2,营养元素供微生物自身生长并释放能量,达到降解土壤中的石油烃的目的。简单来说,这一过程可用下式表示:
石油类物质+生物+O2+N源→CO2+H2O+副产物+细胞体。
目前,国内外对于石油污染土壤微生物修复技术主要包括:生物刺激、生物强化、固定化微生物、微生物-植物联用等方法。
生物刺激
生物刺激法是人为的利用某些手段对石油污染土壤中的土著菌进行刺激,促进其繁殖与生长,如向土壤中通气、添加肥料或者投入其他添加剂,来加速微生物生理活动,以便达到对石油污染土壤进行降解的一种手段。其主体是土著菌,途径是改变微生物外界生长环境。由于自然环境中微生物种类繁多,因此各种微生物对于石油污染土壤的降解方法、理化反应也不尽相同。但基本途径却基本相同:
① 石油类物质被微生物细胞膜吸附;
② 石油类物质进入微生物内部;
③ 石油类物质参与微生物生理反应,微生物进行酶促反应将石油类物质分解成为CO2、H2O及无污染无毒物质。
目前,国内外对生物刺激法进行许多研究。实验表明,不同的生物刺激手段,例如通气、添加营养物质、电子受体、表面活性剂等,能够不同程度的提高微生物对污染土壤中石油类物质的降解程度,具体见表2。这种方法优点是,操作简便修复后无二次污染,应用前景具有很大潜力;不足之处是不同环境土壤构成、质地等不同,其土著菌种所需营养物质等外部条件不同,操作时应选择与当地土壤环境相适应的刺激手段,以便达到更好效果;另外,土著菌种由于生长速度较慢,代谢活性不高,直接影响石油降解效果。
不同具体方法的石油去除率
生物强化
目前,生物强化与生物刺激均属于目前国内外比较有发展潜力的修复技术。生物强化修复技术主要包括外源微生物的生物强化和本土微生物的生物强化。外源微生物认为是由于生物刺激法具有一定的环境因素的局限性,因此在石油降解的过程中,为了提高石油物质去除率,常常引入其他高效降解菌种。这些菌种基本不属于自然环境下的土著菌种,而属于外来菌种。因此在接种初期,势必会受到接种环境中土著菌种的竞争,修复过程中需要大量的接种微生物形成优势种,投菌法应注意氮和磷是土壤微生物治理系统中最主要的营养元素,微生物生长所需的C、N、P的质量比大致为100:10:1。本土生物强化技术是由日本科学家Ueno等在2007年首次提出的,主要指从石油污染的土壤中分离出具有石油降解能力的本土微生物,将其培养富集后重新投入到石油污染土壤中进行生物强化试验,降解石油类物质的技术。
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