石油污染土壤的电动-微生物联合修复及机理研究

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石油污染土壤的修复是国内外环境领域研究的热点问题之一。石油较高的亲脂性、大分子组分较低的挥发性及较弱的生物可利用性,土壤本身对于有机物分子较强的吸附性、土壤内有限的营养物质含量等均导致石油污染土壤的修复效率难以得到显著提升。微生物修复及电动修复技术作为当今治理石油污染土壤的热门修复手段之一同样具有难以长期保持高修复效率的问题。因此,本研究通过修复技术组合及修复过程调控等方法针对延长高效修复过程的目标进行试验探索:建立了微生物修复和电动修复组合式的修复方法,并辅以土壤可溶性有机碳等理化性质的调节,实现石油污染土壤持续性的高效匀速修复。与此同时,提出土壤有机碳在有机污染土壤修复过程中的应用价值,通过对电动-微生物联合修复石油污染土壤过程中不同来源有机碳的代谢特征分析,揭示电场处理范围内的土壤修复功能分区,明确石油源有机碳与土壤源有机碳的降解规律,由此确立有机碳源在有机污染土壤修复过程中的重要意义及其功能发挥的作用机制。主要取得如下结论:  (1)以辽河油田长期石油污染土壤为菌源,筛选出8株石油高效降解细菌。采用正交试验方法分别构建了石油及正十六烷高效降解菌群并优化了混合菌群培养条件,在pH7,盐度0.5%、温度30℃及接种量3%的条件下可培养获得具有最佳降解能力的功能降解菌群。  (2)依据长期电动修复过程消耗土壤可溶性有机碳(DOC)和无机离子总量,干扰微生物修复性能及降低电动修复效率的缺陷,分析微生物修复与电动修复短期高效而长期运行效率降低的修复特征,建立了新型电动-微生物联合修复技术;采用针对土壤电解质、土壤DOC及土壤降解微生物菌剂调控的方法进一步优化联合修复技术,从而达到土壤内正十六烷污染物以近似167.0 mg·Kg-1·d-1的降解速率进行持续高效匀速降解的目的。  (3)电动-微生物联合修复过程改变土壤pH值及无机离子总量和分布,引起处理区域内的土壤酸、碱分区(pH3.78~10.59),无机离子向电极两侧聚集并发生沉淀、转化等化学反应而促使可迁移离子总量减小,长期处理导致土壤电流强度下降,不同处理条件下减小量达到26.6%~64.8%,从而使电动修复效率降低。  (4)电动-微生物联合修复石油污染土壤有机碳代谢特征分析表明,石油源有机碳与土壤有机碳同时发生降解作用;同位素分析显示石油的降解伴随石油13C同位素丰度值(δ13CP)与污染土壤总体13C丰度值(δ13CT)的降低。两种碳源的单位降解比例表明,微生物代谢比电化学氧化作用具有更强的土壤源有机碳消耗能力。电流强度对微生物代谢石油污染物的刺激作用强于对土壤有机碳消耗的影响。极性切换处理的总体石油碳与土壤碳降解量之比(P/S)大于不切换处理组,尽管前者对土壤有机碳消耗更大,但当消耗等量土壤有机碳时切换处理组的石油降解程度更大。  (5)电动-微生物联合修复石油污染土壤过程中,土壤微生物数量随处理过程延续发生变化,试验末期各处理样品细菌数量均小于初始丰度;土壤脱氢酶活性变化与电场施加区域的位置效应相关;细菌微生物群落组成与多样性发生改变,各取样位置处的土壤样品细菌分布存在差异,革兰氏阳性菌多存在于极端的酸、碱环境中,是微生物修复所需良好的潜在功能降解菌。
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