基于泥浆体系的多环芳烃污染土壤微生物修复研究

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本研究通过室内泥浆体系模拟试验,以菲和芘为代表性多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAHs),利用混合微生物菌群(嗜热菌和多环芳烃特异性降解菌),在两类微生物均能较快生长繁殖的40℃条件下,对泥浆体系中菲、芘的去除效果及其影响因素(微生物、水土比,碳源种类及其浓度)进行了研究。结果表明,泥浆体系中混合微生物菌群对多环芳烃的去除效果显著(P<0.01),单日菲去除率最大可达20.0%,芘达15.3%。随着反应进程,菲和芘的去除率提高,去除速率则逐步降低,菲的半衰期1.8 d小于芘4.9 d,因此菲的去除较芘更快。确定的该泥浆体系中混合微生物菌群去除多环芳烃最合适的的水土比是2:1,碳源是葡萄糖,浓度为TOC葡萄糖:TOC PAHs= 2:1。为了更接近实际PAHs污染土壤修复效果,探究了复合污染土壤中,重金属Zn,Cu,Cr,Pb,Cd不同污染程度下,多环芳烃降解菌与嗜热菌联合降解菲、芘的效果,通过多环芳烃的降解率评价菲、芘的降解效果;以经过老化处理的污染土壤为研究材料,研究了老化处理对泥浆体系去除菲、芘的效果影响,以及生物表面活性剂对泥浆体系去除菲、芘的影响。结果表明,不同污染程度下,重金属对PAHs降解既有抑制作用,也有促进作用。重金属Zn、Cu、Cr和Cd对泥浆体系中菲、芘的去除效果的影响总体表现为低浓度促进,高浓度抑制或高浓度促进效果减弱,而重金属Pb则相反,其对泥浆体系中菲、芘的去除效果的影响表现为低浓度抑制,高浓度促进或随着污染程度加重促进效果越显著。老化土壤的泥浆体系中菲和芘的去除缓慢,半衰期延长,在老化土壤的泥浆体系中添加一定量的鼠李糖脂,对菲和芘的去除率有不同程度的提高,其中对菲和芘的去除率提高最多的鼠李糖脂浓度参数为5.0 CMC。采用生物泥浆修复法,研究菲和芘复合污染条件下体系中土壤细菌和真菌含量,过氧化氢酶和多酚氧化酶活性的动态变化,同时研究单一污染体系中菲、芘的降解中间产物,分析可能的降解途径,以期为PAHs污染土壤的生物泥浆修复技术提供一定的理论基础和科学依据。结果表明,泥浆体系中过氧化氢酶活性与土壤微生物(细菌和真菌)含量的变化趋势基本一致,都是先上升后下降的;多酚氧化酶活性与土壤微生物(细菌和真菌)含量的变化趋势并不一致,多酚氧化酶是作用在多环芳烃降解中期的土壤关键酶。试验中混合微生物菌群对菲的降解途径涉及双加氧酶催化菲K区9,10位C的氧化反应,生成顺式9,10-二羟基-9,10-二氢化菲,而后开环裂解生成邻苯二甲酸,最终通过邻苯二甲酸途径降解成CO2和H2O。芘在降解过程中位于4,5号C间的双键最先遭到破坏并发生断裂开环,生成菲的衍生物质,而进入到菲的代谢途径。本研究结果可为泥浆体系中混合微生物菌群强化修复多环芳烃污染土壤的技术研发提供理论基础和技术支撑,为该技术在我国尽早应用奠定实验和理论基础。
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