固定化微生物技术修复PAHs污染土壤的研究进展-北极星环境修复网

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多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs)是环境中普遍存在的一类重要的持久性有机污染物，其浓度水平与污染特征、环境化学行为与健康效应、污染控制与修复等方面引起了极大关注。PAHs主要是化石燃料和生物质不完全燃烧的产物。土壤PAHs污染来源广泛，包括大气干湿沉降、污水灌溉、化肥及农药施用、秸秆燃烧等。土壤是各种污染物的汇，同时在一定条件下可转变为其它环境介质的二次污染源。PAHs排放量大，具有半挥发性、低溶解性、难生物降解性，常常在土壤中长期存在、大量积累。我国2004年16种PAHs排放量约11.4万t，占全球总排放量的22%，是世界上释放PAHs最多的国家。排放的绝大部分PAHs则沉积在我国境内。自20世纪70年代以来，我国土壤PAHs污染的范围不断扩大、污染日益严重，其浓度水平已从μg˙kg-1量级上升到mg˙kg-1量级，其检出率从不到20%上升到80%以上。文献将土壤PAHs浓度水平与污染程度划分5种情况:0～200μg˙kg-1为无污染、200～600μg˙kg-1为轻污染、600～1000μg˙kg-1为污染、>1000μg˙kg-1为重污染。据此，我国已报道PAHs浓度水平的土壤中有78%受到PAHs污染，其中32%为重污染。通过土壤-植物系统迁移，PAHs对农产品安全构成严重威胁;经食物链进入人体，进而影响到人类健康。因此，绿色修复土壤PAHs污染已成为国内外环境和土壤界共同关注的热点问题之一。

PAHs污染土壤修复技术主要有化学修复、生物修复(植物修复、微生物修复)、化学-生物相结合的修复等。微生物修复主要指采取强化措施以促进微生物对土壤中有毒有害物质的降解、转化和去除，包括强化土著微生物降解(生物刺激)和投加外源高效降解微生物(生物强化)2种方式。微生物修复是研究最早、最深入、也是应用最广泛的一种生物修复技术，包括原位处理、生物接种、生物堆肥和生物反应器等。作为一种绿色高效的修复技术，固定化微生物修复有机污染土壤正受到越来越多的关注。一方面，固定化微生物具有微生物密度大、反应速度快、耐环境冲击，显著提高修复效率的优点;另一方面固定化微生物技术具有操作简单、要求低、成本低廉的特点。该技术有望克服投加到修复现场中的游离高效降解微生物与土著菌的恶性竞争或难以适应环境的问题，实现高效降解菌有效修复PAHs污染土壤。固定化微生物技术是从固定化酶技术发展起来，始于20世纪60年代，80年代开始兴起发展。固定化微生物技术在废水处理中已有较多报道，但其在土壤修复特别是PAHs污染土壤修复的研究则刚刚开始。在国内，2006年苏丹等提出了用固定化微生物修复受PAHs污染的非流体介质(如土壤)的新技术，论述了其在非流体介质中PAHs污染物原位修复的可行性和需要解决的关键科学问题;也有学者概述了固定化微生物在污染土壤修复中的应用。最近，国际上有关固定化微生物技术修复有机污染土壤逐渐增多。为此，本文从固定化微生物技术的修复原理、微生物固定化载体的选择、高效降解菌的筛选、固定化方法及影响因素等方面，评述了近几年国内外有关固定化微生物技术修复有机污染土壤的最新进展，并探讨了今后的发展方向，以期为我国开展固定化微生物技术修复有机污染土壤的研究提供参考。

1 固定化微生物技术的修复原理

固定化微生物技术主要是指通过物理或化学的方法将分散、游离的微生物固定在某一限定空间区域内，以提高微生物细胞的浓度，使其保持较高的生物活性并反复利用的方法。固定化微生物技术最初主要应用于生物反应器中增加微生物分泌氨基酸、有机酸、抗生素等有用物质或用作生物催化剂。有关固定化微生物技术在废水污染治理中应用受到越来越多的关注，一系列的细菌或真菌被固定于载体材料上用来处理废水中的重金属、营养物质、酚类等污染物。近年来，研究者开始关注应用固定化微生物技术处理海水石油污染、降解环境中PAHs等有机污染物。Lin等利用海藻酸钙凝胶包埋法固定Phanerochaete ysosporium和粉末活性炭，制得的微生物固定化材料用于降解五氯酚，该复合材料起生物催化剂、污染物吸附富集剂、微生物固态代谢底物等3种作用。

固定化微生物技术在PAHs污染土壤修复中的应用则刚刚开始，其主要的作用原理归纳总结如下:①利用载体材料提供的有利微环境作为缓冲体系，屏蔽土著微生物的竞争作用和不利土壤条件的侵害作用，从而保证接种的高效降解微生物的良好生长;②同时，固定化载体作为吸附剂还可以有效地富集土壤中的PAHs，提高其在载体上的生物有效浓度;③此外，微生物及其分泌的胞外酶也被富集固定在载体上，增加了PAHs与高效降解微生物的接触效率;④富集有高浓度PAHs的微生物固定化材料可成为土著微生物驯化的重要场所，联合外源微生物进一步修复PAHs污染土壤。具体过程见图1所示。因此，固定化载体-微生物构建起了降解PAHs的土壤微环境，大大加快了PAHs的去除。固定化技术不仅大大增加了接种微生物的数量和活性，同时也增加了微生物细胞的稳定性，增强了其耐环境冲击的能力，加快了微生物降解PAHs的反应启动速度，从而增强了微生物去除土壤中PAHs的效率。另外，固定化材料还可以起到疏松剂的作用，加快氧气的输送，因而加速有机污染物的矿化作用。

原标题：固定化微生物技术修复PAHs污染土壤的研究进展

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