论文部分内容阅读
油气田开发造成的土壤污染给生态环境和人类健康带来巨大威胁。微生物修复技术因其高效、清洁与经济的优点成为石油类污染土壤修复研究热点。由于传统的游离微生物修复技术具有微生物活性低、对污染环境适应性差等缺点,其实际应用受到限制。基于生物炭的固定化微生物技术通过提高微生物密度及活性能够对石油污染土壤进行强化修复。论文以玉米芯、秸秆和木屑生物炭为载体对两株高效石油降解菌F-3、R-7进行固定化研究。采用FT-IR、BET、元素分析等手段对生物炭理化性质进行表征,评价不同材料生物炭基固定化微生物的性能,确定效果最佳生物炭。同时,分析生物炭对微生物的固定化条件,探讨了固定化对微生物降解石油污染物的强化作用机制。通过考察土壤石油污染物降解率、理化性质及生物学特性随修复时间的变化,阐述了固定化微生物对石油污染土壤的强化修复机制。3类生物炭中,玉米芯炭（CC300～CC600）的比表面积最大,为157.11～312.30m2/g,孔隙结构最发达;其Zeta电位最高,为-30.95～-6.43,玉米芯炭表面所带负电荷数量最少。FT-IR分析表明玉米芯炭所含羧基、酰胺基等官能团有利于微生物的吸附;XRD分析发现玉米芯炭中含有微生物生长需要的微量物质Fe2O3和NaCl。玉米芯炭对石油降解菌的固定率和玉米芯炭固定化微生物的除油率分别为61.8%～71.2%和59.3%～70.7%,均显著高于秸秆炭和木屑炭。SEM观察显示,500℃下热解制备的玉米芯炭CC500具有高度发达的孔隙结构,表面固定微生物数量最多。在最佳吸附时间下,CC500固定化微生物除油率最高,为71.3%,确定CC500为最佳生物炭载体。当CC500粒径<0.08 mm,混合菌接种量10%,固定化时间和温度分别为18 h和35℃时,固定化微生物的除油率最高,达70.2%～71.4%。固定化能够显著提高微生物对污染环境的适应性。在低污染浓度下固定化微生物和游离菌的除油率分别为89%和62.1%;在高污染浓度下二者除油率分别下降了 16.6%和30.3%。固定化还能削弱重金属以及有机污染物对微生物的胁迫作用。在Cd、Pb、菲和萘存在的环境下,固定化微生物和游离菌的除油率分别为45.8%～67.2%和22.3%～37.2%。GC-MS分析表明,游离菌主要降解石油污染物中的饱和烃,生物炭主要吸附石油污染物中的芳香烃,固定化微生物能够同时降解这两种组分。石油污染物的降解是基于固定化微生物的生物降解及吸附的联合作用机制。添加固定化微生物后,土壤中碱解氮、速效磷和有机碳的下降幅度最大,分别为86.0%、58.7%和52.9%;含水率损失率最小,为5.2%;pH值稳定在7.45～7.97范围内。固定化微生物不仅改善了污染土壤的肥力及保水性,使土壤酸碱度有利于微生物生长,还促进了石油降解菌对土壤营养物质的吸收利用。60d内,固定化微生物对土壤中的石油污染物降解率高达70.1%,分别比游离菌和生物炭的降解率高28.8%和37.2%。固定化微生物添加土壤的脱氢酶、过氧化氢酶、脲酶、多酚氧化酶活性以及微生物活性最高,分别为 105.4 μg TPF/（g·h）、0.79 mL（0.1KMnO4）/（g·h）、0.44 mg NH3-N/（g·h）、4.85 mg紫色没食子素/（g·2h）和6.47 mg/g。固定化微生物对石油污染土壤的强化修复机制主要表现为生物炭提高了微生物在土壤中的存活率与竞争力,从而提高微生物对石油污染物的代谢活性。