楊 博，李娜娜，陳景輝，于 恒，屈撐囤，楊鵬輝，李榮華，何 熾

(1.西安石油大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，陜西 西安 710065； 2.西安石油大學(xué) 陜西省油氣田環(huán)境污染控制技術(shù)與儲層保護(hù) 重點實驗室，陜西 西安 710065； 3.石油石化污染物控制與處理國家重點實驗室，北京 102206； 4.西北農(nóng)林科技大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，陜西 楊凌 712100； 5.西安交通大學(xué) 動力工程多相流國家重點實驗室，陜西 西安 710049)

引 言

石油烴類物質(zhì)包括飽和烴、芳香烴、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)等，具有黏著力強(qiáng)、含碳量高、有機(jī)物種類多及難降解等特點[1]，屬于《國家危險廢物名錄》(2021年版)中的HW08類危險廢物。石油工業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈(勘探、開發(fā)、儲運及煉化等)均伴隨著石油烴污染問題。該類污染物質(zhì)進(jìn)入土壤后，會使土壤通透性減弱、肥力下降，嚴(yán)重影響土壤結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)，并可能通過食物鏈危害人體健康[2]。20世紀(jì)80年代以前，石油烴污染土壤修復(fù)主要采用物理和化學(xué)修復(fù)技術(shù)。其中物理修復(fù)技術(shù)主要包括填埋[3]、氣相抽提[4]、超聲清洗[5]、電動修復(fù)[6]等?；瘜W(xué)修復(fù)技術(shù)主要包括化學(xué)淋洗[7]、熱分解[8]、化學(xué)氧化[9]、光催化[10]等。物理和化學(xué)修復(fù)效果好、效率高，因此應(yīng)用較為廣泛，但是對其引發(fā)的土壤結(jié)構(gòu)、生態(tài)和理化性質(zhì)破壞的問題在當(dāng)時并未引起足夠重視[11]。關(guān)于生物修復(fù)技術(shù)，早在20世紀(jì)50年代就在包括生長條件、菌種、氧化反應(yīng)機(jī)理以及催化氧化產(chǎn)物等方面開展了較為系統(tǒng)的研究[12]。1989年，?？松ね郀柕掀?Exxon Valdez)號油輪石油泄露事件(又稱阿拉斯加港灣漏油事件)爆發(fā)后，生物修復(fù)石油烴污染技術(shù)因其出眾的降解能力(降解了泄漏原油污染總量的50%，接近物理和化學(xué)方法總和的4倍)及應(yīng)用成本低、環(huán)境破壞性小且無二次污染等特點而廣受關(guān)注，自此該技術(shù)的發(fā)展迎來了歷史性轉(zhuǎn)折點[11-18]。

生物修復(fù)包括植物、動物和微生物修復(fù)。植物修復(fù)主要是通過植物的吸收、固定、揮發(fā)、超積累及根際降解[19-20]等途徑使土壤環(huán)境得到凈化的技術(shù)。其中根際降解效果最為突出，即植物通過根系分泌物改善土壤環(huán)境，為微生物提供適宜的棲息地，從而提升污染物降解率[21-25]。此外，植物根莖葉等殘體也可以作為石油烴污染土壤的刺激物和土壤調(diào)理劑，將污染土壤做植物凋落物處理后，能夠明顯降低石油污染物毒性，并且促進(jìn)土壤中放線菌類群和真菌的增殖[26]。動物修復(fù)是利用土壤中動物(如蚯蚓、線蟲等)的被動擴(kuò)散和攝食作用富集去除土壤污染物的修復(fù)技術(shù)[27]，且土壤動物也被用于土壤毒害診斷和風(fēng)險評價[28-29]。其中，蚯蚓不僅能以表皮接觸擴(kuò)散和攝食作用的方式直接去除部分有機(jī)化合物[30]，還可以通過改良土壤環(huán)境、刺激土壤酶活性等方式[31]促進(jìn)污染物降解，因此相關(guān)研究較多。植物和動物修復(fù)技術(shù)具有易投放、壽命短、增殖快和適應(yīng)力強(qiáng)等共性特點，但修復(fù)周期多以年為單位，無法在短時間內(nèi)滿足石油烴污染土壤的修復(fù)要求。微生物修復(fù)是在以小時(48～72 h)為單位的周期內(nèi)的快速迭代和增殖過程中最大限度適應(yīng)污染環(huán)境，將碳?xì)浠衔锏奈ｋU性通過吸收、降解、轉(zhuǎn)化等作用減弱并最終分解為CO2和H2O的過程[32-33]，具備更高的修復(fù)效率和應(yīng)用前景。本文從微生物的修復(fù)機(jī)理、典型菌種、環(huán)境影響因素以及目前研究熱點等方面，系統(tǒng)地介紹了國內(nèi)外現(xiàn)有生物修復(fù)石油烴污染土壤技術(shù)的研究現(xiàn)狀，并對其研究發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

圖1 土壤石油烴的修復(fù)過程Fig.1 Remediation process of petroleum hydrocarbons in soil

1 微生物修復(fù)技術(shù)分類

微生物修復(fù)技術(shù)按照工程應(yīng)用中是否遷移土壤，可分為原位修復(fù)技術(shù)和異位修復(fù)技術(shù)。

1.1 原位微生物修復(fù)技術(shù)

原位微生物修復(fù)，又稱為就地微生物修復(fù)，即不搬運污染土壤，采用直接向污染土壤中投加降解菌、營養(yǎng)物質(zhì)、電子受體等方式進(jìn)行的生物降解。該技術(shù)具有成本低、去除低濃度污染物的效率高等優(yōu)點，但也存在修復(fù)時間長(數(shù)周)且修復(fù)效果具有高度的場地特異性等局限性，土壤的質(zhì)地、組成、孔隙度和滲透性等場地特征對土壤修復(fù)效果有較大影響。該技術(shù)主要包括生物通風(fēng)、生物強(qiáng)化和生物刺激三類。早期的原位修復(fù)技術(shù)也叫生物通風(fēng)，主要是通過物理方式將大量空氣輸送至污染土壤，以促進(jìn)微生物好氧降解。生物通風(fēng)取決于空氣在土壤中移動的能力，低氣流就足以刺激到土壤微生物[34]。隋紅等[35]通過模擬生物通風(fēng)對甲苯的去除，發(fā)現(xiàn)較低通風(fēng)速率便能夠大大提高生物降解速率。生物通風(fēng)技術(shù)工藝簡單、操作方便，在去除土壤中易揮發(fā)污染物質(zhì)的同時，還能促進(jìn)部分大分子難揮發(fā)烴類物質(zhì)的分解[36]，但單純通風(fēng)修復(fù)耗時較長，大量空氣送入地下給原土壤理化結(jié)構(gòu)和生物群落構(gòu)成帶來風(fēng)險，并且由于地下水會干擾揮發(fā)污染物抽提外排過程，因此不適用于水分含量過高或距離地下水較近的污染地層。生物強(qiáng)化是向污染土壤投加外界通過篩選、培養(yǎng)及增殖等過程獲得的高效降解菌劑，但在實際應(yīng)用時，外源微生物會受到污染場地環(huán)境因素的影響，還可能與土著微生物之間出現(xiàn)競爭關(guān)系從而影響降解效果[37]。而生物刺激技術(shù)具有投資小、對土壤生態(tài)破壞小、能保持污染土壤中原有微生物群落的較高污染物降解活性[38]等優(yōu)點，但是相關(guān)參數(shù)控制復(fù)雜并且需要針對不同污染區(qū)域的特點進(jìn)行專門調(diào)整。關(guān)于生物強(qiáng)化和生物刺激在石油烴污染修復(fù)領(lǐng)域效果的強(qiáng)弱性一直爭論不斷，吳蔓莉等利用這兩種方法分別去除土壤中TPH，最終生物刺激的降解率為28.3%，生物強(qiáng)化降解率為13.9%，由此得出生物刺激比生物強(qiáng)化更有效的結(jié)論[38]。但僅憑生物刺激又不足以修復(fù)缺乏本土石油降解劑的污染土壤，因此將二者有效結(jié)合在生物修復(fù)領(lǐng)域具有重要意義[37]。原位微生物修復(fù)技術(shù)分類及其優(yōu)缺點見表1。

表1 原位微生物修復(fù)技術(shù)方法分類Tab.1 Classification of in-situ bioremediation techniques

1.2 異位微生物修復(fù)技術(shù)

將污染土壤先搬離原地，再對污染土壤集中進(jìn)行微生物修復(fù)的技術(shù)被稱為異位微生物修復(fù)技術(shù)。該技術(shù)的修復(fù)周期較短，且作業(yè)條件不可控因素少、工程化程度高，但也存在轉(zhuǎn)移、運輸和貯存等方面投資成本較大的不足。根據(jù)場地和設(shè)備的不同，主要包括預(yù)制床、農(nóng)耕、堆肥處理以及生物反應(yīng)器等方法，具體分類見表2。其中預(yù)制床法和生物反應(yīng)器的修復(fù)方法高效，但因其單次處理量有限、設(shè)備維護(hù)復(fù)雜等不足[41]導(dǎo)致這兩種技術(shù)主要停留在實驗研究階段，大規(guī)模應(yīng)用研究較少。而農(nóng)耕法是最接近原位修復(fù)的一種異位修復(fù)方法，可使一定深度內(nèi)不同位置的石油烴污染土壤與空氣充分接觸，促進(jìn)烴類物質(zhì)揮發(fā)、氧化及分解，但當(dāng)土壤中揮發(fā)性石油烴濃度較大時，土壤翻動過程會使大量無組織揮發(fā)性石油烴排放從而造成二次污染問題[42]，應(yīng)用案例較少。堆肥處理通過向土壤中添加有機(jī)質(zhì)，經(jīng)過微生物的分解代謝將其轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)，供微生物生長[43]。已經(jīng)證明堆肥中的養(yǎng)分能促進(jìn)細(xì)菌的生長，增加細(xì)菌群落的豐度和多樣性[36,44]，從而提高烴類物質(zhì)的降解效率，但過程中土壤氨態(tài)氮、硝態(tài)氮、有機(jī)氮等氮素?fù)p失較大。由于堆肥處理費用低廉且處理后的腐殖質(zhì)還可作為肥料回歸土壤，目前應(yīng)用相對較多。

表2 異位生物修復(fù)技術(shù)方法分類Tab.2 Classification of ex-situ bioremediation techniques

微生物修復(fù)是一個多因素共同作用的過程，每種方法有利有弊，不同修復(fù)技術(shù)間有區(qū)別也有聯(lián)系，為進(jìn)一步增強(qiáng)石油烴的去除效果，目前已出現(xiàn)多種原位(或異位)修復(fù)技術(shù)結(jié)合以及原位和異位修復(fù)技術(shù)相結(jié)合去除土壤石油烴的研究[36-46]，以解決使用單一方法時微生物活性低或者微生物培養(yǎng)困難等問題。

2 降解機(jī)理

微生物降解石油烴的過程主要是利用微生物體內(nèi)的各種酶，通過氧化、水解、烷基化和去烷基化等代謝方式去除土壤石油烴，且烴類物質(zhì)的結(jié)構(gòu)越簡單，越容易被降解[47-48]。其中，微生物加氧酶能夠參與降解過程的第一步加羥基或后面的開環(huán)反應(yīng)，在微生物降解石油烴類物質(zhì)的過程中發(fā)揮重要作用[49-50]。一些微生物還能產(chǎn)生鼠李糖脂等生物表面活性劑，進(jìn)一步促進(jìn)烴類物質(zhì)的解吸程度和生物利用率的提高[51]。一般而言，單一微生物往往只能降解少數(shù)特定烴類物質(zhì)且降解能力有限[40]，如假單胞菌能夠利用多種石油烴類組分，而不動桿菌對石油烴組分的降解能力依次為：烷烴 > 環(huán)烷烴 >芳烴，鞘氨醇單胞菌則被認(rèn)為能高效降解多種芳香族化合物[52]。根據(jù)微生物的代謝過程不同，微生物對石油烴的降解主要分為好氧和厭氧過程。

好氧降解即在氧氣充足的條件下，好氧和兼性好氧微生物將氧氣作為電子受體、石油烴作為底物代謝的過程。該過程對烴類物質(zhì)的C—C、C=C等化學(xué)鍵具有很強(qiáng)的斷鍵能力[53]，且不同石油烴類物質(zhì)的降解方式各不相同，如圖2所示，鏈烷烴主要降解過程為單末端氧化、雙末端氧化、β氧化和ω氧化等4種方式，烷烴羥化酶是催化降解烷烴第一步的關(guān)鍵酶[54-55]。環(huán)烷烴的降解是由2種氧化酶共同催化完成的，一種氧化酶先將其氧化為環(huán)醇，后形成環(huán)酮，接著另一種氧化酶再氧化環(huán)酮，環(huán)斷開后進(jìn)而降解[56]。而芳香烴是通過加氧酶的氧化作用形成鄰苯二酚，再通過鄰位或間位開環(huán)氧化[57-59]。目前降解石油烴的好氧型細(xì)菌有假單胞菌屬(Pseudomonas)、不動桿菌屬(Acinetobacter)、變形桿菌屬(Proteus)、產(chǎn)堿桿菌屬(Alcaligenes)、蒼白桿菌屬(Ochrobactrum)、鞘氨醇單胞菌屬(Sphingomonas)、芽孢桿菌(Bacillus)及微球菌屬(Micrococcus)等。研究最多的是假單胞菌，其降解烷烴及低環(huán)芳香烴的效果較好[60-61]。真菌包括假絲酵母屬(Candida)、曲霉屬(Aspergillum)、鐮刀霉屬(Fusarium)和短梗霉屬(Aureobasidium)等，其中假絲酵母營養(yǎng)要求低，分解石油烴的同時還可生產(chǎn)酵母蛋白[62]，因此應(yīng)用最多。常見放線菌有：鏈霉菌屬(streptomyces)和諾卡氏菌屬(Nocardia)等，但這類菌常降解不徹底[63]，如鏈霉菌會產(chǎn)生一些次生產(chǎn)物，例如聚酮類化合物如醌類、內(nèi)酯等，以及生物堿、多肽等物質(zhì)[64]。

圖2 各種烴類的好氧降解過程Fig.2 Aerobic degradation process of various hydrocarbons

厭氧降解的最終產(chǎn)物以甲烷(50%)和二氧化碳(10%～20%)等氣體為主，是在缺氧和無氧條件下，以硝酸鹽、硫酸鹽和碳酸鹽等作為微生物呼吸的電子受體，石油烴為底物的代謝過程。一直以來，人們普遍認(rèn)為石油烴降解多發(fā)生于好氧狀態(tài)下，對于厭氧降解在石油烴修復(fù)領(lǐng)域研究較少。而自1991年首次報道了在厭氧條件下降解直鏈烷烴的硫酸鹽還原菌[65]后，厭氧降解引起了關(guān)注。厭氧降解芳香烴主要通過甲基化和羧基化兩種途徑降解為苯甲酰輔酶A及間苯二酚、間苯三酚等中間產(chǎn)物，再在還原酶的作用下生成乙酰輔酶A和CO2[66]。目前厭氧菌包括發(fā)酵菌、硫酸鹽還原菌和產(chǎn)甲烷菌等。其中發(fā)酵菌和硫酸鹽還原菌是細(xì)菌和古菌的總稱，前者能發(fā)酵糖、氨基酸、長鏈有機(jī)酸等復(fù)雜有機(jī)物，后者以硫酸鹽為電子受體，能將硫酸鹽、亞硫酸鹽 、硫代硫酸鹽以及元素硫等不同賦存形態(tài)的硫還原為硫化氫[67]；而產(chǎn)甲烷菌是一類生存條件極其厭氧的古細(xì)菌(Archea)，在地層油藏成油期就已存在[68]，但目前普遍認(rèn)為產(chǎn)甲烷過程只能利用甲酸、甲醇、甲基胺類等一碳物質(zhì)以及兩碳物質(zhì)中的乙酸為底物，反應(yīng)速率較低[59]、生存條件苛刻且依賴互營代謝[69]。

3 影響因素

影響石油烴污染土壤的微生物修復(fù)的主要因素包括：溫度、pH值、土壤含水率、氧氣、營養(yǎng)物質(zhì)、鹽濃度以及石油烴濃度等(表3)。其中，溫度是微生物維持自身正常代謝和內(nèi)部酶活性的先決條件，也會對石油烴污染物質(zhì)的物化性質(zhì)產(chǎn)生影響。有研究表明，隨著溫度升高，微生物活性和石油烴溶解度均會隨之提高，但當(dāng)溫度持續(xù)升高時，微生物內(nèi)部大分子物質(zhì)(如蛋白質(zhì)、核酸)開始變性失去原有功能甚至導(dǎo)致死亡，而溫度太低會抑制微生物體內(nèi)酶的活性[70]。水是微生物與外界進(jìn)行物質(zhì)交換的必要媒介，當(dāng)水分缺失時，不足以維持微生物正常的生長狀態(tài)，而當(dāng)水分過多時，會抑制細(xì)胞活性，導(dǎo)致降解速率降低，因此土壤含水率需要保持在25%～60%的范圍之內(nèi)，以確保氧氣順利在土壤孔隙中擴(kuò)散和微生物活性的穩(wěn)定[69]。微生物的降解過程在好氧和厭氧的狀態(tài)下都能發(fā)生，但厭氧速率相對較慢，且厭氧降解產(chǎn)物的生態(tài)毒性高于好氧降解產(chǎn)物，并且鏈烷烴、烯烴等一些小分子物質(zhì)在好氧條件下的降解效果更好[71]，因此石油烴污染土壤修復(fù)過程中一般盡可能保證氧分充足，以促進(jìn)好氧菌降解能力的發(fā)揮。pH值會影響到土壤營養(yǎng)狀況，還會影響到微生物對烴類物質(zhì)的降解情況，一般生物降解的pH值多集中于中性環(huán)境下[72]。營養(yǎng)成分會直接影響到微生物對于烴類物質(zhì)的降解情況，只有調(diào)整好微生物生長所需的各種營養(yǎng)元素的比例，才能保證生物降解工作的有效進(jìn)行[73-75]。鹽濃度會影響到土壤生物多樣性及其生長過程，當(dāng)鹽分過高時，會破壞微生物的生理功能， 因此需要根據(jù)微生物的狀態(tài)隨時進(jìn)行調(diào)節(jié)[76]。此外，石油烴類物質(zhì)濃度對土壤中微生物的活性也具有顯著影響，石油烴類是石油烴降解微生物的主要碳源，但若濃度過高會形成厚油層阻礙微生物對氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，還會毒害微生物[77-78]。各因素對石油降解菌發(fā)揮作用的影響不同，它們對石油微生物生長和繁殖及作用發(fā)揮的影響有一定的范圍，在實際應(yīng)用中需要因地制宜地確定石油烴污染土壤的修復(fù)條件及工藝參數(shù)。

表3 土壤修復(fù)效果的影響因素Tab.3 Factors of influencing remediation effect on soil

4 耦合微生物修復(fù)技術(shù)

當(dāng)石油烴濃度過高(w≥5%)時，不僅對微生物毒性較大[78]，且微生物降解后會殘留一些高環(huán)芳香烴和瀝青質(zhì)等大分子物質(zhì)[79]，因此出現(xiàn)多種耦合微生物修復(fù)技術(shù)的相關(guān)研究，即利用物理和化學(xué)法修復(fù)高濃度、難降解石油烴污染土壤的優(yōu)勢，采用各種形式與微生物修復(fù)技術(shù)進(jìn)行耦合，為微生物修復(fù)的高效開展提供便利條件，同時減少物理和化學(xué)修復(fù)對土壤的影響。常見的耦合微生物技術(shù)包括植物+微生物、化學(xué)氧化+微生物、電動+微生物、表面活性劑+微生物以及固定化+微生物等技術(shù)。

4.1 植物耦合微生物修復(fù)技術(shù)

植物耦合微生物修復(fù)技術(shù)是利用植物和微生物之間存在的互惠互利關(guān)系進(jìn)行石油烴污染土壤的修復(fù)。植物能夠改善土壤環(huán)境，為微生物提供棲息地和營養(yǎng)，提高微生物分解代謝能力，而微生物能夠分泌一些氨基酸、糖類等物質(zhì)為植物生長提供碳源，同時還能夠降低石油烴對植物的脅迫毒性，增強(qiáng)石油烴污染土壤整體修復(fù)效果。Kiamarsi Z等[80]研究發(fā)現(xiàn)，香根草(Vetiveria zizanioides (L.) Nash)對碳?xì)浠衔锞哂休^強(qiáng)的耐受性，在土壤石油烴污染程度為0～12%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時，香根草對總石油烴(Total petroleum hydrocarbon,TPHs)的去除率為47%～77%，而利用香根草和降解菌則可使石油烴污染土壤的TPHs去除率提高到57.5%～84.6%，表明了該植物在有降解菌存在的情況下，可以更有效地凈化石油烴污染土壤。此外，不僅長勢良好的植物耦合微生物修復(fù)具有好的降解效果，利用植物秸稈吸附菌劑也可以增大微生物與石油的接觸面積，顯著提高菌劑對難降解烴類物質(zhì)的降解率[81]。

4.2 化學(xué)氧化耦合微生物修復(fù)技術(shù)

石油烴污染土壤的微生物修復(fù)過程中，如遇大分子有機(jī)物(瀝青質(zhì)、膠質(zhì)和多環(huán)芳烴等)，易造成微生物死亡，導(dǎo)致降解效率低，而化學(xué)氧化技術(shù)能將土壤中的難降解大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槎拘暂^低的小分子物質(zhì)，為生物修復(fù)提供電子受體[82]，因此誕生了化學(xué)氧化耦合微生物修復(fù)技術(shù)。目前常見的氧化劑有：過氧化氫[83]、過硫酸鹽[84]、臭氧[85]、高錳酸鹽[86]及Fenton試劑[87]等。其中臭氧因為本身就屬于有毒物質(zhì)，而高錳酸鉀呈紫色會使得人們視覺上不適，還會生成二氧化錳沉淀，因此二者應(yīng)用實例較少。過硫酸鹽氧化是由于過硫酸鹽可以形成強(qiáng)氧化性的硫酸鹽自由基(SO4·-)(式(1))，再通過電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)降解大部分有機(jī)污染物，從而形成以碳為中心的自由基(式(2))，再與有機(jī)中間體發(fā)生反應(yīng)從而進(jìn)一步降解[88]。而Fenton氧化是利用Fe催化H2O2生成Fe3+和具有較強(qiáng)的氧化電位羥基自由基(·OH)(式(3))，能夠以非選擇性的方式瞬間氧化有機(jī)污染物[89]。甄麗莎等[90]通過改性Fenton試劑強(qiáng)化微生物修復(fù)實驗發(fā)現(xiàn)：TPHs去除率提高(4.73%～24.26%)，脫氫酶和多酚氧化酶活性增強(qiáng)，并且適當(dāng)水平的芬頓試劑還可以簡化種群間的關(guān)系、緩解種群間競爭。Gou等在缺氧條件下利用H2O2氧化和微生物聯(lián)合處理多環(huán)芳烴污染陳年土壤時[83]，同樣發(fā)現(xiàn)預(yù)氧化能促進(jìn)細(xì)菌豐度的恢復(fù)，且能夠有效強(qiáng)化多環(huán)芳烴的生物降解效果，再次說明化學(xué)氧化耦合微生物修復(fù)技術(shù)具有很大的降解潛力和降解優(yōu)勢。

S2O82-→2SO4·-

(1)

SO4·-+CH3CO2-→SO42-+CH3CO2·

(2)

Fe2++H2O2→Fe3++OH-+·OH

(3)

4.3 電動耦合微生物修復(fù)技術(shù)

電動耦合微生物修復(fù)技術(shù)是通過電動作用為微生物提供電子受體、營養(yǎng)物質(zhì)等，強(qiáng)化土壤物質(zhì)的傳遞作用，增強(qiáng)生物活性，能夠在不添加氧或電子受體的情況下促進(jìn)污染物質(zhì)氧化，從而達(dá)到較好的油污降解效果[91]。其中，電動修復(fù)取決于一系列電化學(xué)過程，包括電泳、電遷移和電滲透。趙敏等[92]利用電動耦合微生物技術(shù)降解污染土壤后石油烴降解率達(dá)90.02%，明顯優(yōu)于單純電場或者單純菌劑的修復(fù)效果(這二種技術(shù)的石油烴降解率分別為44.71%和65.81%)，說明總石油烴的降解率與電場強(qiáng)度呈正相關(guān)。郭書海等[6]也證明此結(jié)論，還發(fā)現(xiàn)微生物群落組成的變化主要取決于電場的持續(xù)時間[6]。馬永松等[93]采用陰陽離子交換膜的電動微生物法對石油烴-重金屬混合污染的土壤進(jìn)行修復(fù)，亦證明上述結(jié)論，并且發(fā)現(xiàn)在低壓狀態(tài)下微生物能夠降解烴類物質(zhì)，且去除率與電壓強(qiáng)度成正比，在高壓狀態(tài)下膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的去除以電滲流的遷移作用為主。以上研究均表明生物降解和電化學(xué)刺激之間存在協(xié)同效應(yīng)。

4.4 表面活性劑耦合微生物修復(fù)技術(shù)

該技術(shù)是利用表面活性劑降低油滴運動和解吸阻力，增加土壤孔隙中石油烴的溶解度，從而提高微生物降解土壤石油烴的效率[94]。利用混合表面活性劑(SDBS-Tween80)耦合微生物技術(shù)修復(fù)DDTs-PAHs復(fù)合污染的農(nóng)田土壤[95]，研究發(fā)現(xiàn)表面活性劑耦合微生物修復(fù)處理的DDTs和PAHs降解率分別可達(dá)57.8%和35.6%，較單獨接菌的對照組分別提高了14.9%和11.9%，表明表面活性劑耦合微生物修復(fù)技術(shù)在降解土壤石油烴方面具有一定的可行性。目前市場上的表面活性劑有非離子型、陰離子型、陽離子型以及生物表面活性劑。生物表面活性劑因其綠色環(huán)保的性質(zhì)，應(yīng)用越來越廣，研究最多的是鼠李糖脂，羅志剛等[96]發(fā)現(xiàn)鼠李糖脂對部分革蘭氏菌和真菌均具有明顯的抑菌作用，但目前制約其發(fā)展的因素是成本高和純度低。

4.5 固定化微生物修復(fù)技術(shù)

固定化微生物技術(shù)是通過吸附、交聯(lián)、共價鍵和包埋等方法，將游離的微生物或酶固定在特定載體空間內(nèi)，以保持微生物活性[97]。該法具有生物負(fù)荷高、環(huán)境耐受性強(qiáng)、生物穩(wěn)定性高、儲存和使用方便等優(yōu)點。目前固定化載體材料大多為農(nóng)業(yè)廢棄物，如稻稈、花生殼、海藻酸鈉、生物炭等，這些物質(zhì)具有很好的傳氧、持水和提高酶活性的能力。Zhang等[15]以未添加生物炭和細(xì)菌的土壤作為對照，發(fā)現(xiàn)固定于生物炭的細(xì)菌處理、生物炭-游離細(xì)菌處理、單獨細(xì)菌處理和單獨生物炭處理的TPHs去除率分別為58.08%、45.31%、38.63%和29.85%，而對照組的去除率僅為8.69%，表明生物炭固定化微生物處理對污染土壤的適應(yīng)性較強(qiáng)，能夠顯著提升石油烴的生物降解效果；Guo等[98]發(fā)現(xiàn)麥麩生物炭固定4種組合細(xì)菌處理對土壤的總石油烴去除率(58.31%)均高于其單獨細(xì)菌組合處理(43.98%)和單獨生物炭組合處理(36.91%)，且使用生物炭和固定化材料降解石油烴污染土壤不僅能夠增強(qiáng)生物降解效果，還能減少溫室氣體排放，充分說明固定化微生物技術(shù)具有很大的發(fā)展?jié)摿?，且該技術(shù)在降解石油烴-重金屬復(fù)合污染土壤方面也具有潛在的有效性[99]。

5 展 望

(1)微生物修復(fù)石油烴污染土壤的石油烴濃度大多在2%～10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的范圍內(nèi)，最適宜的降解石油烴濃度范圍在4%左右。根據(jù)《廢礦物油回收利用污染控制技術(shù)規(guī)范》(HJ 607-2011)的相關(guān)要求“含油率大于5%的含油污泥、油泥沙應(yīng)進(jìn)行再生利用”，基于促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合和響應(yīng)國家節(jié)能增效減排大政方針的目的，針對含油率≥5%的石油烴污染土壤所開展的相關(guān)修復(fù)研究，應(yīng)以盡可能資源化為突破口，在石油烴資源回收技術(shù)研究成果的基礎(chǔ)上，充分開展高效好氧微生物或耦合微生物修復(fù)技術(shù)針對低濃度(≤5%)石油烴污染的相關(guān)研究。

(2)隨著耦合微生物技術(shù)研究和應(yīng)用的不斷深入，微生物降解土壤石油烴污染的難度也大大降低，使微生物原位修復(fù)效率日漸提高的同時，避免了異位修復(fù)過程中危險廢物轉(zhuǎn)移帶來的一系列二次污染風(fēng)險、政策風(fēng)險和成本問題?！吨腥A人民共和國土壤污染防治法》(2018版)中規(guī)定的修復(fù)活動不得對土壤和周邊環(huán)境造成新的污染，《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 36600—2018)中規(guī)定一類建設(shè)用地中石油烴含量不得超過826 mg/kg，二類用地不得超過4 500 mg/kg，因此，在修復(fù)前必須對污染場地進(jìn)行風(fēng)險評估，確定風(fēng)險等級后再依次開展修復(fù)工作，并且未來應(yīng)主要圍繞原位修復(fù)技術(shù)開展多種耦合微生物修復(fù)技術(shù)的規(guī)律、機(jī)理及應(yīng)用研究。

(3)目前研究大多集中于如何利用微生物降解去除石油烴污染物，其過程主要為好氧代謝，產(chǎn)生大量二氧化碳?xì)怏w，而對如何利用微生物回收利用低濃度(≤5%)石油烴污染物的報道較少。在我國“十四五”規(guī)劃環(huán)境保護(hù)工作的重點以“雙碳”(碳達(dá)峰、碳中和)為目標(biāo)的背景下，應(yīng)針對性地開發(fā)低濃度石油烴污染的能源回收和減排型修復(fù)技術(shù)，如通過開展高效厭氧微生物石油烴污染土壤修復(fù)技術(shù)的研究，以甲烷的形式回收石油烴類物質(zhì)，或?qū)ふ铱赡艽嬖诘暮醚跣透咝Мa(chǎn)甲烷微生物并圍繞該類微生物開展相關(guān)應(yīng)用及機(jī)理研究。