PAHs污染土壤生物修复技术及强化手段研究进展

郑学昊, 孙丽娜, 刘克斌, 王 岩, 荣璐阁, 张 超, 陈宗聪

(沈阳大学 区域污染环境生态修复教育部重点实验室, 辽宁 沈阳 110044)

PAHs污染土壤生物修复技术及强化手段研究进展

郑学昊, 孙丽娜, 刘克斌, 王 岩, 荣璐阁, 张 超, 陈宗聪

(沈阳大学 区域污染环境生态修复教育部重点实验室, 辽宁 沈阳 110044)

综合土壤修复的研究成果,着重介绍了PAHs土壤污染的微生物修复技术、植物修复技术和生物复合修复技术.随后总结了几种较为通用的技术强化手段,包括添加表面活性剂提升PAHs生物有效性,施加调控形成共代谢机制,添加营养物质刺激土壤细菌生物活性和利用电效应提升PAHs区域浓度,最后针对PAHs污染土壤生物技术研究的发展前景提出建议和展望.

PAHs; 污染土壤; 生物修复; 强化方法

土壤是生命赖以生存的物质基础,人类的一切生命活动都离不开土壤[1].近年来,我国土壤污染问题日趋严重,周生贤指出,我国受污染的耕地约有1 000万公顷,占全国总耕地面积的8.3%[2].随着耕地环境质量不断下降,由此衍生出的作物污染问题已经严重影响了食品安全及农业经济发展.

1 PAHs污染现状

多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons PAHs)是指由2个或2个以上的苯环以直链状、角状或串状排列组成的有机化合物[3].PAHs本身并没有毒性,但其进入细胞后表现为三致效应(致畸,致癌,致突变),并且随苯环数目增加,其生物毒性也随之增加.PAHs主要源自化石燃料不完全燃烧,含PAHs废气通过大气沉降效应使PAHs在土壤中聚集造成土壤污染,农作物在PAHs污染土壤中生长会摄取土壤中的PAHs,严重威胁人类健康.美国环保局(EPA)于1976年率先提出将16种PAHs列为优先控制污染物,我国环保部1990年也将7种PAHs列入中国环境优先控制污染物黑名单[4].由于南北方能源结构的不同造成我国土壤中PAHs总含量跨度很大,范围在0.83～146 689 ng/g之间,有研究者对几个重点城市的PAHs污染程度进行调查,结果表明北京、大连、天津等地区土壤中PAHs的污染水平属于严重污染[5],据早年估算,我国每年PAHs排放量已经超过25 000 t[6],而如今城市快速发展,随着化石燃料消耗不断升高,我国面临的PAHs污染治理任务十分严峻.

2 生物修复技术

PAHs污染土壤修复方法除生物方法外还包括物理方法和化学方法.物理方法有客土法、翻土法,此类方法修复成本较高,需要消耗大量人力物力;化学方法需要向土壤中添加化学氧化剂或化学还原剂,这会破坏土壤的理化性质继而影响土壤微生物种群数量,产生二次污染.进入到21世纪,生物修复方法得到越来越多科研工作者的认可[7],此方法成本低,专一性强,而且环境生态风险低,如今PAHs污染土壤的生物修复技术研究在世界范围内已经成为一个热门领域,因此本文将着重介绍这一修复方法.

2.1微生物修复

(1) PAHs降解菌种.能对PAHs进行降解的微生物种群分布广泛,细菌及真菌中都存在可以降解PAHs的菌种,但不同菌种对PAHs的降解效果差异性很大,这是微生物对PAHs的特异性决定的.一般情况下,在微生物群落里,只有1%的菌种可以降解烃类化合物,但在污染环境中,这一比例可达10%[8-9],所以在污染土壤中进行微生物提取并进行富集驯化培养可以获得PAHs专性降解菌.目前有报道的降解菌大约有200多种[10],其中细菌主要有假单胞菌[11]、芽孢杆菌[12]、黄杆菌[13]、气单胞菌、拜叶林克氏菌、诺卡氏菌、红球菌、分枝杆菌[14]、鞘氨醇单胞菌等[15]真菌主要包括伞盖亚门、盘君亚门、毛霉菌亚门[16]、球囊菌门[17]、子囊菌门等.

(2) 微生物对PAHs的降解机理.无论是真菌还是细菌,在好养条件下降解PAHs的第一步都是加氧反应,参与此过程的酶为加氧酶,加氧酶分为两种,包括单加氧酶和双加氧酶[18],双加氧酶又分为环羟基化双加氧酶和环断裂化双加氧酶,其可以把两个氧原子添加到PAHs的苯环上形成双氧乙烷,再进一步氧化成为顺式双氢乙醇,继续氧化成为原儿茶酸和龙胆酸等产物;真菌一般产生单加氧酶,这种酶可对底物加1个氧原子形成芳烃化合物,再继续被氧化成为反式双氢乙醇和酚类[19].在厌氧条件下,国内外相关研究较少,低环数PAHs的厌氧降解需要不同的辅酶作用逐渐开环,对于高环数、高毒性的PAHs降解无论是筛选菌株还是降解机理都知之甚少[20].

(3) 土壤酶活性研究.有研究使用土壤酶来间接指示PAHs降解效率,其原因在于土壤酶主要来自于微生物的胞外分泌物,土壤酶可以展现土壤微生物活性及化学反应程度[21],在某真菌实际修复PAHs过程中,PAHs去除率和转化酶、过氧化氢酶都存在一定关联[22],王洪等在生物修复PAHs的实验中发现,PAHs去除率与脱氢酶,多酚氧化酶存在显著的相关性,并认为这些酶可以作为指示PAHs去除效果的微生态指标[23].相反,PAHs浓度也会对酶活性产生一定影响,朱凡[24]的研究认为,多酚氧化酶和磷酸酶对土壤质量反应敏感,易被土壤中PAHs激活.污染土壤修复是一个长期复杂的生态过程[25],虽然酶活性变化与PAHs去除率存在一定的相关性,但是土壤酶并不能作为降解原理的唯一因素[26].

2.2植物修复

(1) 植物修复应用现状.在植物修复方法去除有机污染物的研究中,值得应用的植物普遍具备叶片较大,根系丰富等特点,报道较多的植物包括黑麦草,苜蓿草等[27].目前植物去除土壤PAHs方法已经较为成熟,美国等发达国家已有利用植物大面积修复PAHs污染场地的实例且修复成本相当廉价,种植管理费用每年每立方米只有0.02～1.00美元[28],同时植物也可以改善土壤周围环境[29],应用前景十分广泛.在我国使用植物方法修复PAHs污染的研究中,大量实例证明,植物间种套作可以有效提高土壤中PAHs的去除效率,王娇娇等通过盆栽实验将黑麦草、苏丹草、香根草分别与甜菜进行间作,最优组合对土壤中PAHs去除率可达到80%[30],张晶等将小麦、蚕豆、黑麦草三种植物分别进行套作与单作,对比发现最高植物法去除PAHs效率可达64.84%,并发现多种植物间作更有利于PAHs去除,实验还对土壤中微生物数量进行调查,结果表明套作组合土壤中的微生物数量显著高于单作组合中土壤微生物数量[31],有学者认为[32]此种结果与根系环境的优化有关.

(2) 植物降解机理.植物在PAHs污染土壤中生长会直接吸收土壤中的PAHs,有研究者对比了植物地下部分和地上部分的PAHs含量发现植物体内地下部分的含量要显著高于地上部分[33].污染物进入植物根系后将会被植物的木质化作用储存在植物组织中,之后将其降解为低毒性的中间产物或直接完全氧化降解,也存在少部分PAHs被运输至植物叶片,再利用蒸腾作用将其挥发至空气中.有研究指出[34],植物虽然对PAHs有一定的积累效应,但是其修复PAHs污染土壤的主要机制并不在于此,降解PAHs的直接作用生物是根际菌群[35],植物根系分泌的酶促进了土壤微生物生长,反之微生物数量的增多也会促使植物根系发育,这种植物-微生物共生关系加速土壤PAHs的去除效果.在多环芳烃对植物胁迫作用的研究中,有学者猜测PAHs[36]存在类植物生长激素的作用,许多研究也得出了低浓度PAHs可以促进植物生长的类似的结论但机理尚不明确[37-38].

2.3生物复合修复

复合修复是运用生物之间的协同作用达到快速降解土壤中PAHs的目的.两种细菌之间会形成协同作用[39],真菌与细菌之间存在类似关系,真菌首先将污染土壤中的高环PAHs氧化为极性大、水溶性强、生物可利用性高的化合物,随后细菌进一步将该化合物完全矿化[40].

植物-微生物联合降解PAHs方法具有修复效率较高、绿色美观和边修复边生产等优势.有研究表明,黑麦草、苜蓿与微生物菌剂联合修复PAHs污染土壤比单独的使用植物或菌剂进行修复的效果高出1倍左右.植物的根系分泌物可以影响细菌菌群数量达到提高PAHs降解效果的目的[41],同时植物根系为微生物提供附着、生长和繁殖场所,复合修复是一种提高PAHs降解效率的有效方法,本课题组近年来也将高效降解菌-油菜组合应用到农田老化PAHs污染修复研究中得到了良好的修复效果.

3 强化手段

3.1表面活性剂

在污染土壤中由于受到污染时间较长,PAHs与土壤有机质形成了很强的吸附力,呈现为土壤有机质胶体,生物有效性很低,表面活性剂的主要作用机理是对土壤吸附的PAHs进行解离,使之易于被生物利用以加速PAHs去除过程,同时一些表面活性剂也可以促进降解菌的细胞膜活性,提高降解酶活性和增强降解菌的基因表达,过多使用表面活性剂对细胞也有一定的毒害作用,例如表面活性剂成为优先利用底物或刺激降解菌细胞破裂等.目前在去除土壤PAHs污染的研究中,表面活性剂通常作为一种重要的强化措施运用于实验中,在刘魏魏、尹睿[42]的研究中,添加鼠李糖脂和高效降解菌的组合比单独添加高效降解菌的组合具有更高的降解效率,鼠李糖脂的主要作用是对PAHs的增溶,其并没有促进土壤中酶活性的升高,不同种表面活性剂的作用不尽相同,但无论如何,表面活性剂增效修复是最具应用潜力的有机污染土壤修复技术之一[43].

应用于去除PAHs的表面活性剂包括化学表面活性剂(吐温60,吐温80,十二烷基硫酸钠,十二烷基苯磺酸钠[44-46]等)和生物表面活性剂(鼠李糖脂、烷基糖苷、皂苷、海藻糖脂[47]等),目前二者都有广泛应用,化学表面活性剂处理成本较高且如不注意用量可能加速植物富集PAHs[48]而生物表面活化剂主要由微生物自身产生,降低处理成本且不会造成二次污染[49],在诸多学者的表面活性剂对比试验中,吐温80、鼠李糖脂等表面活性剂因其价格低廉、可生物降解等特点受到研究者们的广泛认可[50-51].

3.2共代谢作用

共代谢是指某些有机物在环境中不能作为微生物生长繁殖的唯一碳源,必须有另外的化合物存在作为微生物碳源时该有机物才能被降解的现象[52].这种强化手段主要应用于去除高环PAHs的实验中,刘世亮的研究指出,苯并[a]芘作为一种高环数剧毒污染物在进入环境中不能立刻被微生物利用,在向土壤中添加水杨酸、邻苯二甲酸、琥珀酸钠之后,微生物提高了对苯并[a]芘的响应[53].添加共代谢引导物也可能刺激微生物在底物选择范围和酶分泌方面作出改变,有研究将苯二酚添加到底物中发现微生物的能源结构发生了变化,从而使高环PAHs易于被微生物利用[54],有研究者将菇渣作为共代谢物质有效刺激了白腐真菌向土壤中分泌漆酶、锰过氧化物酶等氧化酶,这些氧化酶同时也可以氧化PAHs.

3.3营养物质

根据PAHs的降解机理,PAHs降解的重要过程之一就是加氧酶催化苯环加氧开环的过程,在环境中添加适量溶解氧可以促进PAHs的降解,20世纪就有研究者以O2、O3和H2O2作为氧源来促进生物对PAHs的代谢[55].某种降解菌在溶解氧高于70%的条件下对PAHs的矿化率呈指数型增长,而溶解氧低于40%时对PAHs的矿化受到抑制[56].Sims认为[57]土壤中无机盐可以影响微生物去除PAHs的效率,在苏梦缘的正交实验中,通过调控营养盐质量比、温度、外源微生物施加量等因素最终使PAHs去除率达到较高水平[58].在邹德勋的实验中,添加葡萄糖和淀粉混合物的处理提高了苯并[a]芘在土壤中的矿化速度[59],也有研究人员直接向待修复土壤中添加血粉作为营养物质,强化土著微生物对PAHs的降解,收到良好效果.

3.4电极强化技术

电动强化技术对于强化微生物降解效率是一种新技术,对于有机污染物,电动强化技术主要表现于利用电效应,将目标反应物输送至污染区或生物活性区,通过调节降解菌浓度,pH值,电子受体,温度,营养物以此强化有机污染物的降解[60-62].但由于有机物在空隙水中低溶解性的原因,增大有机物在土壤空隙水的溶解性成为提高效率的关键所在.

改变电压在合理区间内可以使微生物降解效率提高,在张灿灿、郭书海[63]的研究中,电动-微生物修复组较无电动强化修复组的降解效率有较大提高,但也有研究发现过高电压会对降解过程起逆反作用,在魏巍的PAHs降解菌在电动修复过程生物量和组成结构变化的实验中发现过高电压会对土壤中微生物有抑制效应甚至致死微生物.如不对固定容器内土壤施加合理电压还可能在电极附近会造成极性Ph现象,并且随着H2O电解产生H+和OH-,土壤水分也随之降低,从而改变土壤的理化性质.

4 展 望

(1) 目前已经发现了足够多的生物物种对PAHs具有降解作用,且PAHs降解能力物种的筛选方法也已日渐成熟,应该适当的将工作重点放在不同生物降解PAHs的最优条件研究和强化降解手段的研究上来.

(2) 高环数PAHs毒性大,长期积累于土壤中难于去除,应继续探索高环PAHs去除方法和其降解机理的研究.

(3) PAHs污染研究的最终目的是实际应用,实验室盆栽土壤中去除PAHs的研究已日渐完善,但大规模农田实际修复的报道还很少见,应逐步将研究重点转移至农田中PAHs污染土壤的实际修复.

[ 1 ] 孙丽娜,吕良禾,张鸿龄. 滴滴涕污染土壤的生物修复技术[J]. 沈阳大学学报(自然科学版), 2016,28(6):446-451. (SUN L N,LYU L H,ZHANG H L. Bioremediation technology of DDT contaminated soil[J]. Journal of Shenyang University (Natural Science), 2016,28(6):446-451.)

[ 2 ] 徐丽萍. 拨开土壤污染迷雾[J]. 环境, 2013(8):14-16. (XU L P. Poke the soil pollution fog[J]. Environmental, 2013(8):14-16.)

[ 3 ] 高学晟,姜霞,区自清,等. 多环芳烃在土壤中的行为[J]. 应用生态学报, 2002,13(4):501-504. (GAO X S,JIANG X,QU Z Q,et al. Behaviors of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in the soil[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2002,13(4):501-504.)

[ 4 ] 郑政伟,李开明,朱芳,等. 底泥中多环芳烃的微生物降解与原位修复技术[J]. 环境科学与技术, 2010,33(6):55-59,110. (ZHENG Z W,LI K M,ZHU F,et al. Overviews of biodegradation of PAHs and in-situ remediation of PAHs-contaminated sediment[J]. Environmental Science & Technology, 2010,33(6):55-59,110.)

[ 5 ] 姜永海,韦尚正,席北斗,等. PAHs在我国土壤中的污染现状及其研究进展[J]. 生态环境学报, 2009,18(3):1176-1181. (JIANG Y H,WEI S Z,XI B D,et al. Polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs) pollution in soil in China: recent advances andprospects[J]. Ecology and Environmental Sciences, 2009,18(3):1176-1181.)

[ 6 ] XU S S,LIU W X,TAO S. Emission of polycyclic aromatic hydrocarbons in China[J]. Environmental Science Technology, 2006,40(3):702-708.

[ 7 ] 张娟,刘燕. 植物修复多环芳烃污染土壤研究进展[J]. 环境科学与技术, 2016,39(6):110-116. (ZHANG J,LIU Y. Research of phytoremediation on contaminated soil with polycyclic aromatic hydrocarbons[J]. Environmental Science & Technology, 2016,39(6):110-116.)

[ 8 ] 刘国良,苏幼明,顾书敏,等. 石油污染土壤生物修复研究新进展[J]. 化学与生物工程, 2008,25(8):1-4. (LIU G L,SU Y M,GU S M,et al. Newprogress in bioremediation of petroleum-contaminated soil[J]. Chemistry & Bioengineering, 2008,25(8):1-4.)

[ 9 ] 高晓攀,杜贤元,李兴春,等. 石油降解菌处理污染土壤的研究进展[J]. 当代化工, 2015,44(12):2914-2817. (GAO X P,DU X Y,LI X C,et al. Research progress of treating contaminated soil with oil-degrading bacteria[J]. Contemporary Chemical Industry, 2015,44(12):2914-2817.)

[10] 李峰. 表面活性剂对柠檬酸杆菌SA01和节杆菌SA02降解菲微界面行为的影响[D]. 杭州:浙江大学, 2014. (LI F. Effect of surfactant on bacterial interfacial behaviors of phenanthrene biodegradation byCitrobactersp. SA01 andArthrobactersp. SA02[D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2014.)

[11] 汪如婷,雒晓芳,田丹妮,等. 铜绿假单胞菌对萘和菲降解特性研究[J]. 中国酿造, 2005,34(10):82-85. (WANG R T,LUO Y F,TIAN D N,et al. Research on the degradation characteristics of naphthalene and phenanthrene byPseudomnasaeruginosa[J]. China Brewing, 2005,34(10):82-85.)

[12] FUCHEDZHIEVA N,KARAKASHEV D,ANGELIDAKI I. Anaerobic biodegradation of fluoranthene under methanogenic conditions in presence of surface-active compounds[J]. Journal of Hazardous Materials, 2008,153(1/2):123-127.

[13] 刘魏魏,尹睿,林先贵,等. 生物表面活性剂-微生物强化紫花苜蓿修复多环芳烃污染土壤[J]. 环境科学, 2010,31(4):1079-1084. (LIU WW,YIN R,LIN X G,et al. Interaction of biosurfactant-microorganism to enhance phytoremediation of aged polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs) contaminated soils with alfalfa (MedicagosativaL.)[J]. Environmental Science, 2010,31(4):1079-1084.)

[14] 李全霞,范丙全,龚明波,等. 降解芘的分枝杆菌M11的分离鉴定和降解特性[J]. 环境科学, 2008,29(3):763-768. (LI Q X,FAN B Q,GONG M B,et al. Isolation, identification of a pyrene-degrading strainMycobacteriumsp. M11 and its degrading characteristics[J]. Environmental Science, 2008,29(3):763-768.)

[15] 张杰,刘永生,孟玲,等. 多环芳烃降解菌筛选及其降解特性[J]. 应用生态学报, 2003,14(10):1783-1786. (ZHANG J,LIU Y S,MENG L,et al. Isolation and characteristics of PAHs-degrading strains[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2003,14(10):1783-1786.)

[16] 吴宇澄,林先贵. 多环芳烃污染土壤真菌修复进展[J]. 土壤学报, 2013,50(6):1191-1199. (WU Y C,LIN X G. Fungal remediation of polycyclic aromatic hydrocarbons-contaminated soil: a review[J]. Acta Pedologica Sinica, 2013,50(6):1191-1199.)

[17] GAO Y Z,CHENG Z X,LING W T,et al. Arbuscular mycorrhizal fungal hyphae contribute to the uptake of polycyclic aromatic hydrocarbons by plant roots[J]. Bioresource Technology, 2010,101(18):6895-6901.

[18] 丁克强,骆永明. 多环芳烃污染土壤的生物修复[J]. 土壤, 2001,33(4):169-178. (DING K Q,LUO Y M, Bioremediation of polycyclic aromatic hydrocarbons-contaminated soil[J]. Soils, 2001,33(4):169-178.)

[19] 范淑秀,李培军,何娜,等. 多环芳烃污染土壤的植物修复研究进展[J]. 农业环境科学学报, 2007,26(6):2007-2013. (FAN X S,LI P J,HE N,et al. Research of phytoremediation on contaminated soil with polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs)[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2007,26(6):2007-2013.)

[20] 孙明明,滕应,骆永明. 厌氧微生物降解多环芳烃研究进展[J].微生物学报, 2012,52(8):931-939. (SUN MM,TENG Y,LUO Y M. Progresses in anaerobic biodegradation of polycyclic aromatic hydrocarbons-A review[J]. Acta Microbiologica Sinica, 2012,52(8):931-939.)

[21] 王理德,王方琳,郭春秀,等. 土壤酶学研究进展[J]. 土壤, 2016,48(1):12-21. (WANG L D,WANG F L,GUO C X,et al. Review: progress of soil enzymology[J]. Soils, 2016,48(1):12-21.)

[22] 张志远,王翠苹,刘海滨,等. 可可毛色二孢菌对焦化厂土壤多环芳烃污染修复[J]. 环境科学, 2012,33(8):2832-2839. (ZHANG Z Y,WANG C P,LIU H B,et al. Bioremediation of PAHscontaminated soil from Beijing coking plant by Lasiodiplodia theobromae[J]. Environmental Science, 2012,33(8):2832-2839.)

[23] 王洪,李海波,孙铁珩,等. 生物修复PAHs污染土壤对酶活性的影响[J]. 生态环境学报, 2011,20(4):691-695. (WANG H,LI H B,SUN T H,et al. Bioremediation of PAHs contaminated soil and its impacts on soil enzyme activity[J]. Ecology and Environmental Sciences, 2011,20(4):691-695.)

[24] 朱凡,洪湘琦,闫文德,等. PAHs污染土壤植物修复对酶活性的影响[J]. 生态学报, 2014,34(3):581-588. (ZHU F,HONG X Q,YAN D W,et al. Enzymatic activity during phytormediation of polycyclic aromatic hydrocarbon impacted soil[J]. Acta Ecologica Sinica, 2014,34(3):581-588.)

[25] SONG Y F,SONG X Y,ZHANG W,et al. Issues concerned with the bioremediation of contaminated soils[J]. Environmental Science, 2004,25(2):129-133.

[26] 唐玉姝,魏朝富,颜廷梅,等. 土壤质量生物学指标研究进展[J]. 土壤, 2007,39(2):157-163. (TANG Y S,WEI C F,YAN T M,et al. Biological indicator of soil quality: a review[J]. Soils, 2007,39(2):157-163.)

[27] 李思雯,李鹏,孙丽娜,等. 紫花苜蓿对DDT污染土壤的修复[J]. 沈阳大学学报(自然科学版), 2016,27(2):105-110. (LI S W,LI P,SUN L N,et al. Phytoremediation of DDT-contaminated soil byMedicagosativa[J]. Journal of Shenyang University (Natural Science), 2016,27(2):105-110.)

[28] CUNNINGHAM S D,BERTI W R,HUANGET J W. Phytoremediation of contaminated soils. Trends biotechnol[J]. Trend in Biotechnology, 1995,13(9):393-397.

[29] 王亚男,程立娟,周启星. 植物修复石油烃污染土壤的机制[J]. 生态学杂志, 2016,35(4):1080-1088. (WANG Y N,CHENG L J,ZHOU Q X. Phytoremediation mechanisms of petroleum-contaminated soils[J]. Chinese Journal of Ecology, 2016,35(4):1080-1088.)

[30] 王姣姣,呼世斌,魏丽琼,等. 甜菜与牧草间作对多环芳烃污染土壤的修复作用[J]. 农业环境科学学报, 2016,35(6):1090-1096. (WANG J J,HU S B,WEI L Q,et al. Phytoremediation of polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs)-contaminated soil by intercropped beet-grasses[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2016,35(6):1090-1096.)

[31] 张晶,林先贵,曾军,等. 植物混种原位修复多环芳烃污染农田土壤[J]. 环境工程学报, 2012, 6(1):341-346. (ZHANG J,LIN X G,ZENG J,et al. In-situ phytoremediation of PAHscontaminateds soils in a mixed cropping system[J]. Chinese Journal of Environmental Engineering, 2012,6(1):341-346.)

[32] 王效国,呼世斌,承志文,等. 大豆龙葵单作和间作对芘污染土壤的修复[J]. 环境工程学报, 2015,9(12):6128-6134. (WANG X G,HU S B,CHENG Z W,et al. Phytoremediation of pyrene contaminated soil by monoculture and intercropping ofGlycinemaxandSolanumnigrum[J]. Chinese Journal of Environmental Engineering, 2015,9(12):6128-6134.)

[33] 尹春芹,蒋新,杨兴伦,等. 多环芳烃在土壤-蔬菜界面上的迁移与积累特征[J]. 环境科学, 2008,29(11):3240-3245. (YIN C Q,JIANG X,YANG X L,et al. Characters of soil-vegetable transfer and accumulation of polycyclic aromatic hydrocarbons[J]. Environmental Science, 2008,29(11):3240-3245.)

[34] KHAN S,AIJUN L,ZHANG S,et al. Accumulation of polycyclic aromatic hydrocarbons and heavy metals in lettuce grown in the soils contaminated with long-term wastewater irrigation[J]. Journal of Hazardous Materials, 2008,152(2):506-515.

[35] 郑学昊,孙丽娜,王晓旭,等. 植物-微生物联合修复PAHs污染土壤的调控措施对比研究[J]. 生态环境学报, 2017,26(2):323-327. (ZHENG X H,SUN L N,WANG X X,et al. Compared with different regulation on phytoremediation-microorganism combined remediation PAHs contaminated soil[J]. Ecology and Environmental Sciences, 2017,26(2):323-327.)

[36] 陈世军,祝贤凌,冯秀珍,等. 多环芳烃对植物的影响[J]. 生物学通报, 2010,45(2):9-11. (CHEN S J,ZHU X L,FENG X Z,et al. Effects of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons on Plants[J]. Bulletin of Biology, 2010,45(2):9-11.)

[37] MCCANN J H,GREENBERG B M,SOLOMON K R. The effect of creosote on the growth of an axenic culture ofMyriophyllumspicatumL.[J]. Aquatic Toxicology, 2002,50:265-274.

[38] 王海翠,胡林林,李敏,等. 多环芳烃(PAHs)对油菜生长的影响及其积累效应[J]. 植物生态学报, 2013,37(12):1123-1131. (WANG H C,HU LL,LI M,et al. Growth effects and accumulations of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in rape[J]. Chinese Journal of Plants Ecology, 2013,37(12):1123-1131.)

[39] 刘虹,杨元元,刘娜,等. 两种石油烃降解菌的鉴定及其对石油烃底物的降解[J]. 环境污染与防治, 2016,38(6):28-33. (LIU H,YANG YY,LIU N,et al. Identification of two petroleum hydrocarbons strains and the degradation of petroleum hydrocarbons substrate by the strains[J]. Environmental Pollution and Control, 2016,38(6):28-33.)

[40] 张银萍,王芳,杨兴伦,等. 土壤中高环多环芳烃微生物降解的研究进展[J]. 微生物学通报, 2010,27(2):280-288. (ZHANG Y P,WANG F,YANG X L,et al. Recentadvances in biodegradation of high-molecular weight PAHs in soil[J]. Microbiology China, 2010,27(2):280-288.)

[41] 杨静. PAHs污染土壤植物修复的根际效应及机制[D]. 杭州:浙江大学, 2012. (YANG J. Study on the rhizosphere effects and mechanisms in phytoremediation for PAHs contaminated soils[D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2012.)

[42] 刘魏魏,尹睿,林先贵,等. 生物表面活性剂强化微生物修复多环芳烃污染土壤的初探[J]. 土壤学报, 2010,47(6):1118-1125. (LIU WW,YI R,LIN X G,et al. Effect of biosurfactant enhancing bioremediation of polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs) contaminated solis[J]. Acta Pedologica Sinica, 2010,47(6):1118-1125.)

[43] 朱利中. 有机污染物界面行为调控技术及其应用[J]. 环境科学学报, 2012,32(11):2641-2649. (ZHU L Z. Controlling technology of interfacial behaviors of organic pollutants and its application[J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2012,32(11):2641-2649.)

[44] BAUTISA L F,SANZ R,MOLINA M C,et al. Effect of different non-ionic surfactants on the biodegradation of PAHs by diverse aerobic bacteria[J]. International Biodeterioration & Biodegradation, 2009,63(7):913-922.

[45] CHENG M,ZENG G,HUANG D,et al. Advantages and challenges of Tween 80 surfactant-enhanced technologies for the remediation of soils contaminated with hydrophobic organic compounds[J]. Chemical Engineering Journal, 2017,314:98-113.

[46] JANG S A,LEE D S,LEE M W,et al. Toxicity of phenanthrene dissolved in nonionic surfactant solutions to Pseudomonas putida P2[J]. FEMS Microbiology Letters, 2007,26(7):194-199.

[47] KACZOREK E,SALEK K,GUZIK U,et al. Cell surface properties and fatty acids composition of Stenotrophomonas maltophilia under the influence of hydrophobic compounds and surfactants[J]. New Biotechnology, 2012,30(2):173-182.

[48] 李滢,区自清,孙铁珩. 表面活性剂对小麦吸收多环芳烃(PAHs)的影响[J]. 生态学报, 2000,20(1):99-102. (LI Y,OU Z Q,SUN T H. Effects of surfactants on the uptake of PAH s by wheat[J]. Acta Ecologica Sinica, 2000,20(1):99-102.)

[49] 郭楚玲,郑天凌,洪华生. 多环芳烃的微生物降解与生物修复[J]. 海洋环境科学, 2000,19(3):24-29. (GUO C L,ZHENG T L,HONG H S. Biodegradation and bioremediation of polycyclic aromatic hydrocarbons[J]. Marine Environmental Science, 2000,19(3):24-29.)

[50] 李果,毛华军,巩宗强,等. 几种表面活性剂对柴油及多环芳烃的增溶作用[J]. 环境科学研究, 2011,24(7):775-780. (LI G,MAO H J,GONG Z Q,et al. Solubilization of Diesel and Polycyclic Aromatic Hydrocarbons by Certain Kinds of Surfactants[J]. Research of Environmental Sciences, 2011,24(7):775-780.)

[51] PEKDEMIR T,COPUR M,URUM K. Emulsification of crude oil-water systems using biosurfactants[J]. Process Salty and Environmental Protection, 2005,83(1):38-46.

[52] 王晓蓉. 环境化学[M]. 南京:南京大学出版社, 1997. (WANG X R. Environmental Chemistry[M]. Nanjing: Nanjing University Press, 1997.)

[53] 刘世亮,骆永明,吴龙华,等. 污染土壤中苯并[a]芘的微生物共代谢修复研究[J]. 土壤学报, 2010,47(2):364-369. (LIU S L,LUO Y M,DING K Q,et al. Rhizosphere remediation and i ts mechanism of benzo[a] pyrene-contaminated Soil by Growing Ryegrass[J]. Acta Pedologica Sinica, 2007,26(2):526-532.)

[54] 黄兴如,张彩文,杨瑞杰,等. 多环芳烃降解菌的筛选、鉴定及降解特性[J]. 微生物学通报, 2016,43(5):965-973. (HUANG X R,ZHANG C W,YANG R J,et al. Isolation, identification and degrading properties of PAHs-degrading bacteria[J]. Microbiology China, 2016,43(5):965-973.)

[55] MORGAN P,WATKINSON R J. Factors limiting the supply and efficiency of nutrient and oxygen supplements for the in situ biotreatment of contaminated soil and groundwater[J]. Water Research, 1992,26:73-78.

[56] BOYD T J,MONTGOMERY M T,STEELE J K,et al. Dissolved oxygen saturation controls PAHs biodegradation in freshwater estuary sediments[J]. Microbial Ecology, 2005,49(2):226-235.

[57] SIMS J L,Sims R C,MATTHEWS J E. Approach to bioremediation of contaminated soil[J]. Hazardous Waste and Hazardous Materials, 1990,7(2):117-149.

[58] 苏梦缘,王红旗,李艺,等. 多环芳烃降解菌菌群构建及其适宜降解环境条件的确定[J]. 环境工程学报, 2017,11(2):1192-1198. (SU M Y,WANG H Q,LI Y,et al. Construction of microbial consortia for PAHs degradation and appropriate environmental condition for degradation[J]. Chinese Journal of Environmental Engineering, 2017,11(2):1192-1198.)

[59] 邹德勋,骆永明,滕应,等. 多环芳烃长期污染土壤的微生物强化修复初步研究[J]. 土壤, 2006,38(5):652-656. (ZOU D X,LUO Y M,TENG Y,et al. Enhanced microbial remediation of long-term polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) polluted soils[J]. Soils, 2006,38(5):652-656.)

[60] 罗启仕,王慧,张锡辉,等. 电动力学强化原位生物修复研究进展[J]. 环境污染与防治, 2004,26(4):268-271. (LUO S Q,WANG H,ZHANG X H,et al. Enhancement of in-situ bioremediation byelectrokinetic technology[J]. Environmental Pollution and Control, 2004,26(4):268-271.)

[61] 马建伟,王慧,罗启仕,等. 利用电动技术强化有机污染土壤原位修复研究[J]. 环境工程学报, 2007,1(7):119-124. (MA J W,WANG H,LUO Q S,et al. Enhancement of in-situ remediation of organics byelectrokinetic[J]. Chinese Journal of Environmental Engineering, 2007,1(7):119-124.)

[62] 魏巍. PAHs降解菌的分离及在电厂中的降解特性研究[D]. 沈阳:沈阳大学, 2014. (WEI W. Isolation of PAHs-degrading strains and their degradation capability in electric field[D]. Shenyang: Shenyang University, 2014.)

[63] 张灿灿,郭书海,李婷婷,等. 焦化厂高环PAHs污染土壤的电动-微生物修复[J]. 环境工程, 2014,32(7):150-154. (ZHANG C C,GUO S H,LI T T,et al. Electro-bioremediation of coking plant soils contaminated with high-molecular polycyclic aromatic hydrocarbons[J]. Environmental Engineering, 2014,32(7):150-154.)

PAHsContaminatedSoilBioremediationTechnology:AReview

ZhengXuehao,SunLina,LiuKebin,WangYan,RongLuge,ZhangChao,ChenZongcong

(Key Laboratory of Regional Environment and Eco-Remediation (Ministry of Education), Shenyang University, Shenyang 110044, China)

Based on the research achievements of soil remediation in recent years, the microbial remediation technology, phytoremediation technology and bioremediation repair technology of PAHs soil pollution were introduced emphatically. Then a few common means of technical strengthening were given, including the addition of surfactants to enhance the bioavailability of PAHs, the regulation of the formation of co-metabolism mechanism, the addition of nutrients to stimulate soil biological activity and the use of electrical effects to enhance PAHs regional concentration. At last the future development prospects were put forward.

PAHs; contaminated soil; bioremediation; strengthening method

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: A

【责任编辑:胡天慧】

2017-02-07

国家重点基础研究发展计划项目(2014CB441106); 沈阳市科技计划项目(F14-133-9-00).

郑学昊(1992-),男,辽宁沈阳人,沈阳大学硕士研究生; 孙丽娜(1960-),女,辽宁北票人,沈阳大学教授,博士生导师.

2095-5456(2017)04-0297-07