多環(huán)芳烴污染土壤的生物修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展

李 昆

（江西金達(dá)萊環(huán)保股份有限公司，南昌 330100）

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在人口密集、工業(yè)化程度高的長江三角洲、珠江三角洲和京津冀地區(qū)，化石燃料燃燒和工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量多環(huán)芳烴（PAHs） 釋放到自然水體和大氣中，最終通過循環(huán)進(jìn)入土壤，土壤已成為PAHs 的主要聚集地。PAHs具有強(qiáng)烈毒性和生物富集性，會導(dǎo)致土壤粒徑、孔隙率和持水能力發(fā)生變化，危害微生物種群的多樣性。目前，常用的土壤修復(fù)方法有物理法、化學(xué)法及生物法。利用化學(xué)法或物理法去除土壤中的PAHs 很常見，如溶劑萃取、熱脫附、微波加熱、玻璃化、氧化還原、光催化降解等。但是，這些技術(shù)成本及能耗高，反應(yīng)過程不可避免地會引入其他有毒物質(zhì)，易造成二次污染[1]。PAHs 會發(fā)生吸附、揮發(fā)、光解和化學(xué)降解，但主要依賴生物降解。生物修復(fù)技術(shù)是一種低成本且有效的替代方法[2]，可用于治理PAHs 污染土壤，應(yīng)用前景廣闊。目前，生物修復(fù)技術(shù)已得到廣泛認(rèn)可，它利用自然界的生物分解土壤中的污染物。PAHs 污染土壤的生物修復(fù)技術(shù)主要分為3 種，即微生物修復(fù)、動(dòng)物修復(fù)及植物修復(fù)。

1 微生物修復(fù)

微生物修復(fù)具有修復(fù)徹底、成本低、無二次污染等優(yōu)勢，是應(yīng)用最廣泛的生物修復(fù)技術(shù)。它利用PAHs 作為碳源，在土壤微生物作用下，PAHs 被降解為毒性低的小分子物質(zhì)[3]。PAHs 可以在好氧微生物及厭氧微生物作用下被分解。好氧生物降解過程也被稱為好氧呼吸，是指微生物在有氧條件下對污染物進(jìn)行分解。好氧細(xì)菌利用氧氣作為電子受體，將有機(jī)物和無機(jī)物分解成更小的化合物，通常產(chǎn)生二氧化碳和水作為最終產(chǎn)物。土壤真菌在好氧和極低氧條件下降解PAHs 的能力得到廣泛研究。白腐菌是好氧生物降解的常用菌種，對PAHs 的降解能力強(qiáng)。LEONARDI 等[4]研究指出，作為白腐菌，乳菇和平菇對3 環(huán)和4 環(huán)多環(huán)芳烴有顯著的降解作用，其平均降解率為58%～73%。除真菌外，LI 等[5]還發(fā)現(xiàn)，接種由細(xì)菌、真菌和細(xì)菌-真菌混合組成的菌群，可以成功地將16 個(gè)優(yōu)先多環(huán)芳烴按不同濃度降解。

為提高微生物的代謝效率，研究人員采用強(qiáng)化手段，效果顯著，主要包括微生物固定化技術(shù)、生物刺激等。微生物固定化技術(shù)已成為土壤修復(fù)技術(shù)研究的熱點(diǎn)方向。它是指將微生物固定在固定化材料上，增強(qiáng)細(xì)胞之間的協(xié)同作用，以取得更強(qiáng)的適應(yīng)性，適應(yīng)環(huán)境突變，抵抗環(huán)境毒性。SONG 等[6]采用生物炭固定降解菌的方法改良受PAHs 污染的鹽漬土，相比單獨(dú)使用生物炭和降解菌，土壤中PAHs 的生物降解效率顯著增強(qiáng)，土壤理化性質(zhì)得到明顯改善。此外，在缺乏營養(yǎng)的條件下，生物刺激（補(bǔ)充營養(yǎng)）是加快處理過程的最佳選擇。TAYLOR 等[7]研究指出，在實(shí)驗(yàn)室和田間含煤焦油的土壤中只添加養(yǎng)分對促進(jìn)煤焦油PAHs 的生物降解幫助不大，而在無機(jī)營養(yǎng)物中添加生物柴油（易于生物降解，植物毒性較低）能使PAHs 組分降解得更充分。

但是，微生物修復(fù)依然存在部分問題。一是一種微生物代謝PAHs 的種類有限，在復(fù)雜的土壤環(huán)境中，多種微生物相互配合才可實(shí)現(xiàn)較全面的降解；二是外源微生物的加入擾動(dòng)土壤的平衡生態(tài)環(huán)境，在修復(fù)土壤的同時(shí)可能會影響土壤微生物多樣性；三是微生物生長需要合適的外部環(huán)境，包括土壤的含水量、溫度、通氣性及養(yǎng)分等，自然條件可能會限制微生物的生長，為實(shí)際應(yīng)用增加困難。

2 動(dòng)物修復(fù)

動(dòng)物修復(fù)是利用土壤動(dòng)物與降解菌的交互作用降解土壤中PAHs。黃盼盼等[8]的研究表明，蚯蚓對不同環(huán)數(shù)PAHs 具有顯著的選擇性富集特征，相比于高環(huán)（5 ～6 環(huán)）的PAHs，蚯蚓更容易吸收和富集低環(huán)數(shù)（2 ～4 環(huán)）的PAHs。然而，動(dòng)物修復(fù)是將土壤中PAHs 轉(zhuǎn)移至動(dòng)物體內(nèi)，進(jìn)入食物鏈造成生物富集。因此，將動(dòng)物單獨(dú)用于土壤修復(fù)的案例較少。

3 植物修復(fù)

植物修復(fù)是一種較新的原位生物修復(fù)方法，利用植物對土壤中PAHs 進(jìn)行提取、隔離和解毒。植物與根際微生物群落的協(xié)同作用已被證明對難降解的持久性有機(jī)污染物是有效的。植物修復(fù)是一種環(huán)保、低成本、可持續(xù)的修復(fù)方法。GONZALEZ 等[9]研究有機(jī)氯農(nóng)藥（OCPs）在植物組織中的積累，指出植物組織中OCPs 的含量可能是土壤中OCPs 的4 ～45 倍，中度疏水的化學(xué)物質(zhì)最有可能被植物利用。與微生物修復(fù)及動(dòng)物修復(fù)相比，植物修復(fù)的成本最低，但植物修復(fù)從根本上還是將污染物從土壤中轉(zhuǎn)移到植物體內(nèi)，受污染的植物如何妥善處理是該技術(shù)所引發(fā)的另一個(gè)問題。

4 多種方法聯(lián)用

微生物修復(fù)、動(dòng)物修復(fù)和植物修復(fù)是常見的3 種生物修復(fù)技術(shù)，各有優(yōu)缺點(diǎn)，而多種方法聯(lián)用可以取得更好的土壤修復(fù)效果。趙媛媛等[10]采用植物-微生物聯(lián)合（紫茉莉-降解菌ZQ5）修復(fù)石油污染土壤，研究表明，聯(lián)合修復(fù)可將受污染土壤中的芘降解81.1%，這是單獨(dú)植物修復(fù)降解效率的1.98 倍，是單獨(dú)微生物修復(fù)降解效率的1.39 倍。DENG 等[11]對比單種生物修復(fù)、兩種生物聯(lián)合修復(fù)及三種生物聯(lián)合修復(fù)的效果，指出苜蓿-蚯蚓-白腐菌三種生物聯(lián)合修復(fù)對受污染土壤中菲的去除率達(dá)到93%，明顯高于單種生物修復(fù)的去除率（33%～65%）及兩種生物聯(lián)合修復(fù)的去除率（74%～85%）。

5 結(jié)論

PAHs 污染土壤的生物修復(fù)技術(shù)目前主要有微生物修復(fù)、動(dòng)物修復(fù)和植物修復(fù)，納米修復(fù)、基因工程等新興技術(shù)也已成功得到應(yīng)用，未來研究需要重點(diǎn)關(guān)注。然而，要恢復(fù)PAHs 污染土壤的所有自然功能是不切實(shí)際的。當(dāng)前，要尋找綠色環(huán)保技術(shù)，科學(xué)地修復(fù)PAHs 污染土壤。隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，多種化學(xué)品在土壤環(huán)境中共存，研究熱點(diǎn)逐漸從單一污染向復(fù)合污染轉(zhuǎn)變。新污染物一旦被引入土壤生態(tài)系統(tǒng)，就有可能與原來的常規(guī)污染物相互作用。因此，未來的研究方向是多類污染物在空氣-水-土壤界面的吸附、遷移和轉(zhuǎn)化，只有明確其造成土壤污染的機(jī)理，才能找到修復(fù)土壤環(huán)境的正確方法，從而消除土壤污染，改善生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。