表面活性剂产生菌及降解菌协同修复石油烃污染地下水的研究

Bioavailability and solubility of organic contaminants are key factors which affect bioremediation of contaminated groundwater.Research showed that the bioavailability decreased at hydrophobic organic contaminated fields in that most of the contaminants were absorbed on the aquifer or dissociated.There are two degradation models for the organic substances.One degradation model is that the microbial cells touch with contaminants directly for its hydrophobicity. The other model is in the way that the contaminants are carried with sufactant produced by bacteria,diffused to the groundwater and are degraded,which is a main approach for the absorbed organic contaminants.The biosufactant has been studied and applied in the environmental field extensively which focus on the enhancement of petroleum hydrocarbons contaminated soil and it is rarely used in the enhancement of organic contaminated groundwater.Moreover,the bioremediation of organic contaminated groundwater enhanced with biosufactant produced by added surfactant producing bacteria is never reported. Therefore,aiming to the petroleum hydrocarbons contaminated groundwater, combiding with two degradation models,the in situ surfactant producing bacteria and degrading bacteria was used for the synergistic remediation of petroleum hydrocarbons contaminated groundwater in the project.

在污染地下水的生物修复过程中，有机污染物的生物可利用性或溶解性是决定生物修复成败的一个关键因素。研究表明，在疏水性有机污染物泄露场地，绝大部分污染物被吸附在含水层介质上或以非溶解游离状态存在，降低了生物可利用性。微生物降解污染物的模式主要有两种：一种是由于微生物细胞表面的疏水性，直接接触污染物降解；另一种模式是微生物产生表面活性物质将污染物质携带扩散到地下水中后被微生物降解，后者是被吸附污染物降解的一个主要途径。生物表面活性剂在环境中研究、应用广泛，多集中在强化石油污染土壤的生物修复中，而利用生物表面活性剂强化生物修复有机污染地下水的研究鲜有报道，更未见到向污染含水层中投加表面活性剂产生菌，原位产生生物表面活性剂强化生物修复有机污染地下水的报道。因此本项目拟以石油烃类污染物地下水为研究对象，结合微生物利用污染物的两种模式，利用原位产生表面活性剂的微生物协同降解菌修复石油烃污染地下水。

近年来，石油烃污染地下水问题越来越突出。生物修复法以其投资低、效益好等特点，被逐渐应用于地下水污染修复中。生物修复中如果存在降解菌，污染物质的生物可利用性及有机污染物的溶解性成为修复成败的关键因素。生物表面活性剂是带有亲水及亲脂基团的两性化合物，现有研究中有利用生物表面活性剂强化修复石油烃污染土壤的实验室研究，但未见工程应用的报道，主要是因为生物表面活性剂的提取成本较高。本项目结合微生物降解污染物的两种模式，以石油烃类污染物为研究对象，筛选出生物表面活性剂产生菌和石油烃降解菌，对石油烃污染地下水进行原位生物修复。由于本项目是向含水层中投加表面活性剂产生菌而非表面活性剂，因此在保证持续释放生物表面活性剂的同时，又降低了提取表面活性剂带来的成本。.项目的研究结果如下：①筛选出生物表面活性剂产生菌和石油烃降解菌，A4、A5、A9为铜绿假单胞菌，A10菌为无色杆菌属，A2、A6为假单胞菌属，A1、A3、A7、A8为沙雷氏菌属。假单胞菌属、铜绿假单胞菌和无色杆菌属对石油烃的降解率（6 d）分别为99.08%、79.75%和84.34%。3种石油烃降解菌表现出较好的疏水性。假单胞菌属的细胞疏水性最高，达65.9%。菌体的表面疏水性和降解有机污染物的能力有较高的相关性。②石油烃溶解度随着糖脂类生物表面活性剂浓度的增大而增大，界面张力随着表面活性剂浓度的增加而减小。采用糖脂类生物表面活性剂对污染含水层进行清洗处理，表面活性剂质量浓度为3 000 mg/L，石油烃去除率达70.82%。污染含水层柱冲洗结果表明，10个孔隙体积冲洗后，从污染砂样中去除63.3%的总石油烃。③降解菌与表面活性剂产生菌共同降解石油烃底物时，具有协同作用，降解效果优于降解菌，除了完全降解大部分直链烷烃、环烷烃和支链烷烃外，还对降解菌不能彻底降解的支链烷烃完全降解。④低温（10℃）条件下，降解菌协同产表面活性剂菌对石油烃的降解率（7d）达到85.4%，而石油降解菌单独降解仅为71.2%。荧光显微镜图片表明，生物表面活性剂产生菌将大油滴分散成小油滴，并附着在油滴上，促进石油烃的降解。⑤石油降解菌和表面活性剂产生菌协同修复石油烃污染地下水的室内模拟表明，石油烃的初始浓度为800mg/L，修复60d后降解率达到99%以上，出水总石油烃未检出。以上结果为石油烃及其他疏水性有机污染物污染地下水的原位修复提供理论支持。