胁迫条件下极端微生物修复石油烃污染土壤研究进展

嗜冷菌、嗜盐菌、耐重金属菌、耐重油菌等极端微生物广泛存在于极地高寒、盐碱地以及存在重金属、重油等污染的毒性污染土壤中,是胁迫条件下石油烃降解与转化的重要微生物资源。文章从适应机制、降解机理、降解特性、修复实践等角度出发,综述了低温、盐碱、重金属、重油等不同胁迫条件下的石油烃污染土壤微生物修复进展。在石油烃降解机理方面,微生物细胞与油滴的附着机制尚不清楚,而生物表面活性剂的产生和作用机制已经得到了很好的研究。嗜冷菌的适冷机制与细胞膜脂类组成、冷激蛋白、冷适应蛋白、嗜冷酶、能量代谢等有关,低温(15℃)时石油烃降解效率可达70%以上。嗜盐菌具备细胞外被隔离机制和离子反向运输机制,能产生渗透压调节剂、具有独特的渗透压平衡方式,NaCl浓度为30g·L-1时石油烃的降解效率可达60%以上。石油烃降解菌对重金属的耐受机制包括生物吸附、细胞内积累、酶催化转化、生物浸出和生物矿化、氧化还原反应等过程,会影响土壤中重金属的迁移率和生物有效性,提高作物的产量和对重金属的富集。微生物吸收重油的机制包括界面张力降低、选择性堵塞、粘度降低、生物降解和润湿性改变等,对重质原油的总体降解率可达70%以上,但是对其中沥青质单一组分的历史最高生物降解率仅为48%。利用极端微生物修复极端、胁迫条件下的石油污染土壤,应加强菌种培育、未明机制探索、重油组分(沥青质和树脂)降解、风险评估、修复工艺参数优化及推广应用等工作。     

基于超声波-微波耦合效应的石油烃类污染土壤的热脱附规律与参数优化

以邻二甲苯为石油烃类污染物代表,以污染土壤质量的减少量以及冷凝液质量的增加量表征土壤污染物的平均脱附效率,研究了微波-超声波耦合热源处理石油烃类污染土壤的脱附规律。结果表明,在超声波功率恒定(800 W)情况下,增大微波功率(从200 W增到400 W),能显著提升装置内反应温度(从128.3℃增到270.1℃),显示了微波较强的热效应;在微波功率恒定(350 W)情况下,增大超声波功率(从600 W增到1 400 W),对装置升温效果影响不明显(从169.4℃增加到187.9℃),表明了超声波较弱的热效应。超声波/微波耦合热源修复壤土的最优工艺参数为土水比20∶1、超声波功率800 W、微波功率350 W、辐照10 min,相应的最高污染物平均脱附率为77.28%,处理效果优于单热源条件。对于不同的土壤粒径及有机质含量,不同类型土壤的平均脱附率排序为砂土(88.36%)壤土(64.29%)黏土(52.61%);综合考虑土壤介电损耗因子、土壤比热容、土壤通透性影响的结果,土水比最优值设为10∶1;综合考虑土壤颗粒单层吸附/多层吸附作用的结果,土壤污染物浓度最优值为8%(砂土)、4%(壤土、黏土)。