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本文选用烷烃作为电动修复污染土壤的供试污染物,筛选出高效烷烃降解菌,优化了电动修复运行条件,揭示了电场作用下土壤中烷烃的生物降解途径,阐明了电动-微生物修复机制及土壤微生物种群在电场中的变化结果。取得如下结论:
(1)以烷烃混合物为碳源驯化分离出7株烷烃降解菌,皆为好氧菌,在20℃-30℃范围内可良好生长,各菌株对正十六烷降解能力不同。利用正交试验方法构建混合菌群并优化了各菌株的投加比例,混合菌群生长的最佳pH为7.0-8.0、最佳盐度为1.0-2.0g/L。
(2)施加单向电场之后,土壤孔隙水随电渗析流向阴极聚集,pH呈现阳极酸化、阴极碱化的分布趋势,脱氢酶活性与pH分布规律相同。每2h切换电极极性,可维持土壤水分均匀分布、pH值在6.07-6.62范围内。
(3)电动技术可加速土壤中烷烃的生物降解过程。经过42d的修复,单独微生物修复正十六烷降解率为41.6%,单向电场-微生物修复降解率提高至54.7%;切换电场-微生物修复降解率提高至67.3%,相比单独微生物修复提高了61.8%。25d时,单独微生物修复环十二烷降解率为61.5%,单向电场-微生物修复降解率为79.9%,切换电场-微生物修复降解率可达87.0%。
(4)正十六烷仍按单末端氧化方式被降解,生成正十六酸随之进入β氧化阶段,每经历一次β氧化碳链脱去一个二碳片段生成乙酰辅酶A与一个较原来少两个碳原子的短链脂肪酸。经过42d的修复,单向电场-微生物修复下正十六酸β氧化率为单独微生物修复的1.92倍,切换电场-微生物修复β氧化率为单独微生物修复的3.16倍。电动技术强化正十六烷生物降解过程主要体现在对正十六酸β氧化的加速效应。
(5)环十二烷在单加氧酶作用下生成环十二酮,环十二酮开环生成十二烷二酸,之后进入β氧化。单向电场中,阳极端具有更强的开环能力。第25d时,阴极端环十二烷开环总量为10.98%;阳极端为25.86%,是阴极端的2.36倍。阴极端具有更强的β氧化能力,只以十二烷二酸被氧化的量计算,阳极端β氧化率为20.6%;阴极端则为59.4%,是阳极的2.88倍。切换电场下环十二烷降解效率更高,主要机制在于阳极与阴极定期切换,即可加速环十二酮的开环,开环之后产物又可迅速进入β氧化阶段。
(6)电场通过改变土壤pH值进而改变了土壤微生物种群构成,阳极端种群构成变化较大,修复结束时只有四株优势菌,分别属于芽孢杆菌属(Bacillus)与节支杆菌属(Arthrobacter)。就此,本研究筛选了适用于电动-微生物修复尤其是阳极端的四株烷烃降解菌。