石油污染土壤原位生物修复的影响因素
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石油污染土壤原位生物修复的影响因素

时间:2022-03-02 11:30:14 点击:178 次 来源:洛阳建材建筑设计研究院有限公司
  一、石油污染物性质

  1、石油污染物的组成及浓度

  相同条件下,微生物对不同种类石油烃的降解能力是不同的。微生物能够降解石油中的饱和烃和轻质芳香烃,而难以降解相对分子质量较高的重质芳香烃、胶质和沥青质。微生物降解各类石油烃能力的相对强弱为直链烷烃>支链烷烃>低分子量的烷基芳烃>单环芳烃>环烷烃>多环芳烃>胶质>沥青质。通常,原油经微生物降解后饱和烃和芳香烃含量均下降,而沥青质和非烃化合物则显著增加。Chaineau等用微生物处理被石油烃污染的土壤,270 d后发现75%的原油被降解,饱和烃中的正构烷烃和支链烷烃几乎全部被降解,22%的环烷烃未被降解,芳香烃有71%被同化,沥青质则完全保留了下来。

  石油污染物的浓度对生物修复效果有着很大的影响。于彩虹等研究发现,当原油浓度为0.5~5 g/L时,假单胞菌(PseudomonasSYBS01)的原油降解率先从86.82%升至98.14%,然后又降至74.67%。当石油污染物的浓度过高时,其生物毒性通常较强,不仅抑制微生物的生长代谢,也限制氧气和营养物质的传递。当石油污染物的浓度过低时,有效碳源的缺乏则限制石油降解微生物的生长代谢。

  2、石油污染物的生物可接触性

  生物可接触性是指微生物通过物理化学途径可以接触的物质的量,提高生物可接触性是提高生物修复效率的有效途径。如Varjani等[30]研究表明,由于生物可接触性不同,同种微生物对不同污染物中的同种组分表现出不同的降解性能,且生物可接触性越好,降解性能越强。有研究表明,添加表面活性剂可以提高石油污染物的生物可接触性,表面活性剂由于经济、绿色、无二次污染近年来被广泛研究。表面活性剂是集亲水基和亲油基于一体的次级微生物代谢产物,可显著提高石油污染物的生物降解性能:1)表面活性剂和微生物细胞发生作用,增加了细胞表面的疏水性,从而使微生物细胞可以更容易地结合疏水性有机物;2)表面活性剂可降低界面张力,增大有机污染物的溶解度,促进其更好地流动,进而增大与微生物的接触面积,提高生物可利用性。

  3、土壤土著微生物的群落结构

  微生物是石油污染物去除的主要功能者,土壤中微生物的数量、种类及群落结构对石油污染物的生物降解效果有着重要影响。石油污染物的组成极其复杂,而一种微生物往往仅能对某种组分具有较强的降解能力;对于石油污染物中的单一组分,其生物降解也通常需要多重酶和多重微生物共同参与。因此,石油污染物的降解需要多种微生物(酶)的共同参与。石油污染物的降解和转化也会对土壤环境中微生物的数量、种类及群落结构产生驯化作用。
石油污染土壤原位生物修复的影响因素
  二、土壤的环境条件

  1、 pH

  土壤pH对微生物的生长代谢影响很大,其通过改变细胞的电荷,影响细胞质膜的通透性、稳定性及代谢中酶的活性,进而影响微生物对营养物质的吸收及石油组分的降解率。pH的变化会改变土壤中营养物质的可利用性:当pH为微碱性时,有利于硝化作用及氮的进一步转化;当pH为6.0~8.0时,磷的可利用性较高。每种微生物都有适宜的pH,当土壤中的pH不适宜时,微生物的生长代谢会受到较为严重的影响。通常石油降解微生物在近中性或微碱性环境中具有较高的降解活性。尽管土壤pH通常为中性或微碱性,但微生物在降解过程中会产生有机酸并不断在沉积物中累积,从而导致pH逐渐降低。因此,在土壤修复过程中,可添加一些酸碱缓冲液以调整土壤pH。

  2、温度

  温度对石油污染土壤生物修复效果的影响主要表现在:温度对石油污染物的理化性质、组分和生物可利用性有重要影响;温度对微生物的生长代谢及群落结构有较为显著的影响。温度较低时,石油污染物的黏度较大,短链有毒石油烃的挥发速度较慢,微生物的活性较低。一般情况下,土壤中微生物好氧降解温度为30~40 ℃。

  3、盐度

  盐度对微生物的数量和活性有较大影响,通常情况下,盐度越高,微生物的数量和活性越低,石油污染物的生物降解率越差。然而,有研究证明,大量耐盐、嗜盐的石油降解微生物已被应用到石油污染土壤修复中,在高盐度下也能获得较好的石油污染生物修复效果。

  4、氧气

  微生物对石油中不同组分的降解过程虽有不同,但均以加氧反应作为降解的起始反应步骤,石油的降解过程中需要大量的氧气作为电子受体。在石油污染土壤修复中,许多失败案例均归因于土壤中氧气的不足。尽管厌氧微生物可以利用等作为电子受体,但石油降解速率往往较低,且条件苛刻,仅在氧气传质不足的土壤及其下层沉积物环境中具有一定潜力。由此可见,氧气对石油的生物降解起着至关重要的作用。在表层土壤中,氧气供给不足不是限制因素,但在下层土壤中,氧气的供给不足被认为是生物修复的限制因素。

  5、氮、磷营养物质

  微生物的生长代谢需要碳、氮、磷等营养物质的共同参与。在石油污染土壤中,碳浓度通常较高,而氮、磷营养则相对匮乏。当碳源充足时,氮、磷等营养物浓度是影响石油污染物高效降解的关键因素。补充适宜、适量的营养物质可有效提高石油污染物的生物降解,但应注意营养物质的类型、浓度和比例,以避免对生物修复效果及生态环境产生不利影响。此外,还应保持土壤孔隙水中的氮、磷营养物质浓度不被降水冲释。

  6、含水率

  微生物的生长代谢需要水的参与。当土壤含水率过低时,微生物得不到充足的水分供应,细胞活性受到抑制,代谢速率降低;当土壤含水率过高时,有效毛细孔隙被水充满,使空气通透性变差,妨碍氧气的供应。对于干旱地区的石油污染土壤,可采取间断性的喷淋等手段增加土壤含水率,提高微生物的降解率。

  7、土壤质地

  土壤质地对石油污染物在土壤和孔隙水中的迁移、转化及微生物的生长有着重要影响。石油污染物在粗质土壤中较易向深层土壤迁移,导致石油污染物在土壤环境中长期残留,因而土壤粒径越大,对石油污染越敏感。
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