表面活性劑強(qiáng)化微生物原位修復(fù)多環(huán)芳烴污染場(chǎng)地的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及污染土壤修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，特別地，涉及一種利用單一表面活性劑或混合表面活性劑強(qiáng)化土著微生物原位修復(fù)多環(huán)芳烴污染場(chǎng)地/土壤的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]多環(huán)芳經(jīng)(polycyclicaromatic hydrocarbons,英文簡(jiǎn)稱(chēng) PAHs)具有長(zhǎng)期殘留性、生物蓄積性和“三致”效應(yīng)。焦化廠(chǎng)、鋼鐵廠(chǎng)和煤氣廠(chǎng)等在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)排放出大量PAHs，通過(guò)大氣干濕沉降等，導(dǎo)致周邊土壤PAHs含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)環(huán)境安全標(biāo)準(zhǔn)。此外，在城市化進(jìn)程中，大量污染企業(yè)外遷，留下許多高風(fēng)險(xiǎn)工業(yè)污染場(chǎng)地亟待修復(fù)，其中包括PAHs污染場(chǎng)地/ 土壤。
[0003]微生物修復(fù)有機(jī)污染場(chǎng)地/ 土壤是一種經(jīng)濟(jì)、高效、綠色的修復(fù)技術(shù)，具有巨大的應(yīng)用潛力。微生物修復(fù)技術(shù)主要是利用經(jīng)篩選、馴化的專(zhuān)性微生物或基因工程菌來(lái)降解土壤中的持久性有機(jī)污染物。與化學(xué)修復(fù)相比，微生物修復(fù)成本低、處理效果好、無(wú)二次污染，但這些引入的外來(lái)菌一般只能降解特定的有機(jī)污染物，且易受到土著微生物的競(jìng)爭(zhēng)，只有大量接種才能形成優(yōu)勢(shì)菌種，這樣易對(duì)土壤微生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利的影響。因此，大量引入專(zhuān)性微生物或基因工程菌有較大的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。
[0004]由于PAHs的疏水性，其生物有效性較低，限制了土著微生物降解修復(fù)PAHs技術(shù)的發(fā)展。表面活性劑強(qiáng)化微生物修復(fù)技術(shù)(SEBR)是最具應(yīng)用潛力的污染場(chǎng)地/ 土壤修復(fù)技術(shù)。該技術(shù)首先利用表面活性劑將吸附在土壤上的PAHs等有機(jī)污染物洗脫至土壤溶液中，顯著提高其微生物的可利用性[文獻(xiàn)1:Zhou W J, Zhu L Z, 2007.Enhanced desorpt1nof phenanthrene from contaminated soil using an1nic-non1nic mixed surfactant.Environmental Pollut1n, 147(2): 350—357];其次，表面活性劑提高了細(xì)菌吸附 PAHs的能力，增加其進(jìn)入胞內(nèi)進(jìn)行代謝的可能[文獻(xiàn)2:Zhang D，Zhu L Z，2012.Effects ofTween 80 on the removal, sorpt1n and b1degradat1n of pyrene by Klebsi ellaoxytoca PYR-1.Environmental Pollut1n, 169-174];第三，表面活性劑改變了細(xì)胞膜的通透性和流動(dòng)性，促進(jìn)污染物在細(xì)胞表面的跨膜傳輸[文獻(xiàn)3:Zhang D, Zhu LZj Li F，2013.1nfluences and mechanisms of surfactants on pyrene b1degradat1n basedon interact1ns of surfactant with a Klebsiella oxytoca strain.B1resourceTechnolj 142，454-461.文獻(xiàn)4:Li F，Zhu LZj 2014.Effect of surfactant-modifiedfatty acid composit1n of Citrobacter sp.SAOl on phenanthrene transmembranetransport.Chemospherej 107，58-64];第四，表面活性劑可提高降解酶的活性，促進(jìn)其胞內(nèi)降解[文獻(xiàn) 5:Li F，Zhu LZj 2012.Effect of surfactant-1nduced cell surfacemodificat1ns on electron transport system and catechol 1，2-d1xygenaseactivities and phenanthrene b1degradat1n by Citrobacter sp SAOl.B1resourceTechnolj 123，42-48]。由此，表面活性劑可強(qiáng)化土著微生物降解PAHs，該技術(shù)在有機(jī)污染場(chǎng)地/土壤修復(fù)中有很大的推廣應(yīng)用潛力。
[0005]研究發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際場(chǎng)地/ 土壤中，表面活性劑可增溶洗脫吸附在土壤固相上的有機(jī)污染物，增加土著微生物群落中細(xì)菌的含量，提高降解菌群的活性，從而強(qiáng)化土壤微生物原位修復(fù)PAHs污染土壤。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有SEBR修復(fù)技術(shù)修復(fù)效率不高、速度慢等缺點(diǎn)，提供一種表面活性劑強(qiáng)化微生物原位修復(fù)多環(huán)芳烴污染場(chǎng)地的方法。該方法操作簡(jiǎn)單、綠色經(jīng)濟(jì)高效，可大規(guī)模應(yīng)用于PAHs污染場(chǎng)地/ 土壤的修復(fù)。
[0007]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:一種表面活性劑強(qiáng)化微生物原位修復(fù)多環(huán)芳烴污染場(chǎng)地的方法，該方法通過(guò)表面活性劑強(qiáng)化土著微生物對(duì)污染場(chǎng)地中的多環(huán)芳烴PAHs進(jìn)行原位降解。
[0008]進(jìn)一步地，所述污染場(chǎng)地包括PAHs污染的工業(yè)污染場(chǎng)地、PAHs污染的農(nóng)田。
[0009]進(jìn)一步地，該方法包括如下步驟:
步驟1、檢測(cè)待修復(fù)場(chǎng)地土壤PAHs污染的范圍及深度；根據(jù)污染深度將待修復(fù)場(chǎng)地分多層進(jìn)行修復(fù)；每層的深度在30 cm以?xún)?nèi)；
步驟2、在待修復(fù)場(chǎng)地上方搭建工棚，機(jī)械疏松待修復(fù)場(chǎng)地的第一層土壤；
步驟3、在步驟2疏松后的土壤中噴灑表面活性劑溶液，所述表面活性劑由生物表面活性劑鼠李糖脂(rhamnolipid)、陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)、非離子表面活性劑失水山梨醇單油酸酯聚氧乙烯醚(Tween 80)以及SDBS和Tween 80按照質(zhì)量比1:2組成的混合表面活性劑中的一種或多種按任意配比混合組成；
步驟4、每隔1~2周翻動(dòng)土壤，并保持60°/『80%土壤飽和含水率，該層土壤的土著微生物受表面活性劑影響，群落結(jié)構(gòu)改變，細(xì)菌含量提升，降解活性增加，降解PAHs能力增強(qiáng)；測(cè)土壤中PAHs含量，直至達(dá)到環(huán)境安全標(biāo)準(zhǔn)；挖出已達(dá)標(biāo)的當(dāng)層土壤，完成該層土壤的修復(fù)；步驟5、重復(fù)步驟2~步驟4，修復(fù)下一層土壤，直至完成待修復(fù)場(chǎng)地中最下層土壤的修復(fù)。
[0010]進(jìn)一步地，所述步驟3中，表面活性劑投加量為每噸土5.75?115g，表面活性劑溶于水配成溶液后噴灑。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果:PAHs污染場(chǎng)地的表層土壤中施加一定量的表面活性劑后，改善了土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了降解菌群的富集，提高了降解菌群的活性，最終提升了微生物修復(fù)PAHs污染土壤的效率。該方法工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、修復(fù)周期較短、綠色安全，適用于大規(guī)模PAHs污染場(chǎng)地/ 土壤的修復(fù)。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為污染場(chǎng)地/ 土壤修復(fù)的工藝流程圖；
圖2為鼠李糖脂強(qiáng)化修復(fù)PAHs污染場(chǎng)地/ 土壤的效果圖；
圖3為SDBS強(qiáng)化修復(fù)PAHs污染場(chǎng)地/ 土壤的效果圖；
圖4為T(mén)ween 80強(qiáng)化修復(fù)PAHs污染場(chǎng)地/ 土壤的效果圖；
圖5為SDBS-Tween 80強(qiáng)化修復(fù)PAHs污染場(chǎng)地/ 土壤第六周的效果圖；
圖6為表面活性劑強(qiáng)化土壤微生物原位修復(fù)PAHs污染場(chǎng)地/ 土壤的過(guò)程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面列舉實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明，應(yīng)理解實(shí)施例，并非用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0014]處理流程
按照?qǐng)D1所示，具體執(zhí)行了其中的幾個(gè)步驟:1、用小鏟子挖松鋼鐵廠(chǎng)場(chǎng)地表層土壤；2、原位噴灑上述表面活性劑溶液；3、場(chǎng)地撒水、通風(fēng)、定期翻動(dòng)土壤；4、檢測(cè)土壤中PAHs含量。
[0015]污染場(chǎng)地設(shè)置
在某鋼鐵生產(chǎn)場(chǎng)地內(nèi)選取一塊較為均勻的污染土壤，以四分法選取土壤樣品100g，隨機(jī)分為5份。取一份測(cè)得含水率30%，土壤pH為6.97，剩余樣品冷凍干燥，檢測(cè)其中總PAHs含量為13.6±1.2 mg/kg,以及微生物中細(xì)菌總含量為38% mol，真菌11% mol，放線(xiàn)菌14%mo I和原生動(dòng)物1.8% mol ο
[0016]在場(chǎng)地內(nèi)均勻釘入1cm長(zhǎng)X 1cm寬X 1cm高不銹鋼四周密封的鋼構(gòu)，上面搭建一個(gè)簡(jiǎn)易小棚，防止雨水直接進(jìn)入及施入各場(chǎng)地/ 土壤內(nèi)表面活性劑的流失。各場(chǎng)地/ 土壤內(nèi)分別施入100 mL不同濃度的表面活性劑，標(biāo)記好各場(chǎng)地土壤的位置，每隔一周，四分法收集各場(chǎng)地/ 土壤20 g,密封冷凍保藏，帶回實(shí)驗(yàn)室，迅速冷凍干燥等預(yù)處理，檢測(cè)土壤中PAHs含量。
[0017]實(shí)施例1
配制好5 mg/L鼠李糖脂-無(wú)機(jī)鹽溶液，調(diào)節(jié)其離子強(qiáng)度為5.0 mg/L, pH為7.0，量取10mL裝入小瓶，滅菌，冷卻后，均勻噴灑在不銹鋼鋼構(gòu)圈住的PAHs污染場(chǎng)地/ 土壤中，其中，1000 cm3土方量的鼠李糖脂含量為0.5 mg。
[0018]按需噴灑水以保持土壤含水率為30%，定期翻動(dòng)土壤。每周結(jié)束后，四分法收集土壤樣品。檢測(cè)土壤樣品PAHs含量。六周以后，場(chǎng)地中PAHs降解率達(dá)到61%(如圖2所示)。
[0019]實(shí)施例2
配制好10 mg/L鼠李糖脂-無(wú)機(jī)鹽溶液，調(diào)節(jié)其離子強(qiáng)度為5.0 mg/L, pH為7.0，量取10mL裝入小瓶，滅菌，冷卻后，均勻噴灑在不銹鋼鋼構(gòu)圈住的PAHs污染場(chǎng)地/ 土壤中，其中，1000 cm3土方量的鼠李糖脂含量為1.0 mg。
[0020]按需噴灑水以保持土壤含水率為30%，定期翻動(dòng)土壤。每周結(jié)束后，四分法收集土壤樣品。檢測(cè)土壤樣品PAHs含量。六周以后，場(chǎng)地中PAHs降解率達(dá)到72%(如圖2所示)。
[0021]實(shí)施例3
配制好50 mg/L鼠李糖脂-去離子水溶液，調(diào)節(jié)其離子強(qiáng)度為5.0 mg/L，pH為7.0，量取10mL裝入小瓶，滅菌，冷卻后，均勻噴灑在不銹鋼鋼構(gòu)圈住的PAHs污染場(chǎng)地/ 土壤中，其中，1000 cm3土方量的鼠李糖脂含量為5.0 mg。
[0022]按需噴灑水以保持土壤含水率為30%，定期翻動(dòng)土壤。每周結(jié)束后，四分法收集土壤樣品。檢測(cè)土壤樣品PAHs含量。六周以后，場(chǎng)地中PAHs降解率達(dá)到63%(如圖2所示)。
[0023]實(shí)施例4
配制好100 mg/L鼠李糖脂-去離子水溶液，調(diào)節(jié)其離子強(qiáng)度為5.0 mg/L，pH為7.0，量取10mL裝入小瓶，滅菌，冷卻后，均勻噴灑在不銹鋼鋼構(gòu)圈住的PAHs污染場(chǎng)地/ 土壤中，其中，1000 cm3土方量的鼠李糖脂含量為10 mg。
[0024]按需噴灑水以保持土壤含水率為30%，定期翻動(dòng)土壤。每周結(jié)束后，四分法收集土壤樣品。檢測(cè)土壤樣品PAHs含量。六周以后，場(chǎng)地中PAHs降解率達(dá)到59%(如圖2所示)。
[0025]實(shí)施例5
配制好400 mg/L鼠李糖脂-去離子水溶液，調(diào)節(jié)