修復(fù)多環(huán)芳烴污染土壤微生物菌劑研究進(jìn)展

麥梓濠 吳鼎財(cái) 戴丹鳳 張騰玉 鄧輔財(cái)

摘要：本文綜述了修復(fù)多環(huán)芳烴污染土壤微生物菌劑研究進(jìn)展，總結(jié)了各種制備菌劑的方法的各自特點(diǎn)和適用場(chǎng)景，可為相關(guān)科研及土壤修復(fù)工作者提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：土壤修復(fù);多環(huán)芳烴;微生物菌劑

基金項(xiàng)目：廣東石油化工學(xué)院科研基金項(xiàng)目（2017rc11）

茂名市科技專項(xiàng)基金項(xiàng)目（2021KJZXZJGSPDX002）

引言

多環(huán)芳烴是一類典型持久性有機(jī)污染物，其污染土壤常用生物修復(fù)技術(shù)中的微生物修復(fù)技術(shù)治理，，但由于污染物類型、土壤類型及修復(fù)體系等均存在較大差異，極大地限制了微生物技術(shù)在實(shí)際修復(fù)工程中的應(yīng)用。為此，研究者們提出將游離微生物固定或負(fù)載于生物相容性好的固體物質(zhì)，為微生物的生長(zhǎng)和繁殖提供一個(gè)有利的微環(huán)境，改善微生物的降解效果，即微生物固定化。微生物固定化具有以下優(yōu)點(diǎn)：①保護(hù)微生物免受有毒污染物及中間產(chǎn)物的侵害;②過(guò)程易控制;③提高微生物反應(yīng)的濃度;④不會(huì)造成菌體流失;⑤可降低二次污染。微生物固定化技術(shù)發(fā)展至今，常用的方法主要包括物理吸附法、包埋法等。

1 物理吸附法

物理吸附固定法是一種通過(guò)物理吸附等方式使微生物細(xì)胞與載體結(jié)合，從而將微生物細(xì)胞固定在載體上的方法。不少學(xué)者開(kāi)展了相關(guān)研究。李軼[1]利用生物活性碳固定化微生物對(duì)硝基苯進(jìn)行降解，發(fā)現(xiàn)在100、200和400 mg L-1濃度下，硝基苯均可完全降解。蘇丹[2]的研究表明，與游離菌相比，采用蛙石為載體進(jìn)行物理吸附法固定芽抱桿菌SB02，對(duì)多環(huán)芳烴Pyr和BaP的42 d降解率要分別高出33.01%和21.25%，表明該法可有效提高降解菌對(duì)PAHs的降解效率。此外，分別應(yīng)用稻草秸稈、玉米秸稈及蒙脫石作為載體，將石油降解菌GS3C進(jìn)行固定化并應(yīng)用于石油的降解研究[3]。結(jié)果表明，三種載體固定化菌對(duì)石油的總降解率均優(yōu)于游離菌，其對(duì)石油的去除率分別為86.20%、50.03%、51.76%，分別比相應(yīng)的游離菌的去除率（35.52%）高出142%、41%和46%。由此可見(jiàn)，微生物固定化的效果與載體的選擇存在一定的關(guān)系，載體不同，可能導(dǎo)致其固定化微生物對(duì)污染物的降解效果也不同。

載體的理化性質(zhì)可直接對(duì)所固定微生物的生物活性和傳質(zhì)性能產(chǎn)生影響，所以固定化材料必須有充足的通道允許底物及微生物降解產(chǎn)物進(jìn)出載體，同時(shí)還須保證不影響細(xì)胞的生命力，而且能限制住微生物不發(fā)生泄漏[4]。理想的載體材料應(yīng)具有對(duì)微生物細(xì)胞無(wú)毒、傳質(zhì)性能好、性質(zhì)穩(wěn)定、不易被微生物分解、廉價(jià)易得等優(yōu)點(diǎn)。由于土壤系統(tǒng)的復(fù)雜性，在土壤原位修復(fù)中，一般不考慮固定化生物菌劑的回收，生物菌劑施加進(jìn)入土壤后即成為土壤中的一部分，所以土壤修復(fù)要求載體材料必須環(huán)境友好。此外，若載體可為微生物提供一定的營(yíng)養(yǎng)，則可有利于提升土壤微生物的數(shù)量和代謝活性，從而有利于修復(fù)，故而土壤修復(fù)的微生物載體材料應(yīng)具有一定的可生物降解性。

由此可見(jiàn)，物理吸附法固定化是一種提高微生物修復(fù)PAHs污染土壤效果的技術(shù)。但是，該技術(shù)僅僅是通過(guò)物理吸附作用將微生物固定于載體的表面，微生物未能完整的包覆或封裝于載體之中，導(dǎo)致該法固定化微生物往往耐沖擊能力較差，為微生物提供的保護(hù)作用有限。

2包埋固定法

包埋法是將細(xì)胞截留在凝膠聚合物中，阻止細(xì)胞的泄漏，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)微生物固定化的方法。該技術(shù)在目前微生物固定化技術(shù)中最為常見(jiàn)，其最為突出的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)細(xì)胞活性影響小、操作簡(jiǎn)單和可長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存等。研究發(fā)現(xiàn)，用于包埋固定化微生物的材料主要包括有機(jī)高分子化合物（如PVA、聚丙烯酰胺、光硬化樹(shù)脂等）和高分子多糖凝膠載體（如瓊脂糖凝膠、海藻酸鈉、卡拉膠等）。Takako[5]等將具有二甲基亞砜（DMSO）降解能力的生絲微菌屬denitrificans WU-K217固定于海藻酸鈣凝膠中，發(fā)現(xiàn)在20到35℃溫度范圍內(nèi)，細(xì)胞干重為0.46 mg的海藻酸鈣固定化細(xì)胞以及相同生物量的游離菌，均可在180 min將0.64 mM （50 mg L?1） DMSO溶液完全降解。在40℃，固定化細(xì)胞仍可以在240 min內(nèi)完全降解此初始濃度的DMSO，而游離菌則不能在此條件下對(duì)其實(shí)現(xiàn)降解。固定化細(xì)胞儲(chǔ)存在30℃下對(duì)DMSO降解能力的半衰期為96 h，而在4℃存儲(chǔ)的話，其半衰期可擴(kuò)展到超過(guò)240 h。然而，存儲(chǔ)于4℃時(shí)的游離菌的半衰期仍然短于48小時(shí)。相比于游離菌而言，海藻酸鈣凝膠固定化的WU-K217細(xì)胞有很高的熱穩(wěn)定性和儲(chǔ)存穩(wěn)定性。重復(fù)使用固定化細(xì)胞連續(xù)進(jìn)行十次降解DMSO反應(yīng)，固定化細(xì)胞均可保持第一反應(yīng)的90%的DMSO降解率。

與游離菌相比，包埋固定化微生物雖然能夠一定程度上提高降解性能，但其在實(shí)際應(yīng)用中仍存在一定缺陷。由于包埋所采用的凝膠層比較致密厚實(shí)，制備的固定化小球的傳質(zhì)性能較差，不利于微生物對(duì)污染物的有效捕獲利用，從而影響其在土壤修復(fù)中的應(yīng)用效果。故該法常應(yīng)用于水體中的污染物的固定化微生物降解，而較少的應(yīng)用于土壤的微生物修復(fù)工作。

3 結(jié)論

由此可見(jiàn)各種制備菌劑的方法各有特點(diǎn)，需要結(jié)合實(shí)際情況選擇使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]李軼， 王棟， 周集體. 我國(guó)表面活性劑 LAS 廢水的處理技術(shù)進(jìn)展[J]. 環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備， 2000， 1（1）： 65–71.

[2]蘇丹， 李培軍， 王鑫. 混合菌固定化及其對(duì)土壤中芘和苯并芘的降解[J]. 遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)： 自然科學(xué)版， 2007， 26（3）： 461–463.

[3]何麗媛， 郭楚玲， 黨志. 不同載體固定高效降解菌去除水體中石油的研究 [C][J]. 2010 中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集 （第三卷）， 2010.

[4]李婧. 以玉米秸稈吸附—包埋—交聯(lián)的復(fù)合固定化方法固定微生物處理芘的研究[J]. 華南理工大學(xué)， 2012.

[5]MURAKAMI-NITTA T， KIRIMURA K， KINO K. Degradation of dimethyl sulfoxide by the immobilized cells of Hyphomicrobium denitrificans WU-K217[J]. Biochemical Engineering Journal， 2003， 15（3）： 199–204.