陳凡亮，肖俊華

（南昌大學(xué)共青學(xué)院，江西九江332020）

多環(huán)芳烴（polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs）是一種具有2個或2個以上苯環(huán)的芳烴類有機化合物[1]。一般都是一些高分子有機物，如石油、煤炭、木材等的不完全燃燒產(chǎn)物，是環(huán)境和食品的重要污染物。天然食品中多環(huán)芳烴的含量甚微，多環(huán)芳烴的食品污染主要產(chǎn)生于煙熏、燒烤、烘焦等食品的加工處理過程；其環(huán)境污染主要集中在鋼鐵廠、焦化廠、煉油廠、電廠等重化工企業(yè)所在地的土壤污染[2]。

在一些經(jīng)濟發(fā)達城市的土壤中，也會有各種自然和人為的多環(huán)芳烴污染，而且土壤污染的多環(huán)芳烴以多環(huán)形式存在，表層土壤中含量較大，嚴重危害人類的健康。多環(huán)芳烴具有高度的致癌性，會導(dǎo)致人體細胞的突變、癌變或畸型，目前已發(fā)現(xiàn)的多環(huán)芳烴約有200余種，其中有十多種都有較強的致癌作用[3]。

多環(huán)芳烴污染土壤修復(fù)的技術(shù)主要有物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、微生物修復(fù)和聯(lián)合修復(fù)等[4]。近年來，修復(fù)技術(shù)中的微生物修復(fù)被廣泛用于多環(huán)芳烴污染的治理中，各種微生物修復(fù)方法不斷涌現(xiàn)，取得了不錯的修復(fù)效果。因此，采用平菇菌株進行多環(huán)芳烴土壤污染的修復(fù)具有技術(shù)上的可行性，已經(jīng)成為了土壤修復(fù)領(lǐng)域的研究熱點。

1 多環(huán)芳烴污染土壤的現(xiàn)狀

1.1 污染途徑

實際上，在人類活動出現(xiàn)之前大自然的天然火山活動、森林火災(zāi)等就已經(jīng)因為燃燒而產(chǎn)生了大量的多環(huán)芳烴，經(jīng)過累積滲透及土壤；而在有人類活動之后，工業(yè)和生活排放的煙氣、石油開采和各種化工產(chǎn)品的加工使用；煙草制品、燒烤、熏制等食品的加工等過程中都會產(chǎn)生多環(huán)芳烴，并通過各種途徑最終在土壤中沉降下來。目前土壤有機污染物的主要來源包括工業(yè)泄露和溢出，各種石油產(chǎn)品、化工化學(xué)產(chǎn)品庫的泄漏、染料、樹脂、農(nóng)藥、清潔劑、殺蟲劑、潤滑劑、人工色素等化工類物品隨意處置；以及一些生活垃圾不當(dāng)處置、垃圾填埋場和垃圾堆場等地方也是多環(huán)芳烴土壤污染的重災(zāi)區(qū)，這些有機污染物以多環(huán)芳烴為主，有的還伴隨有農(nóng)藥、多氯聯(lián)苯等其它有機污染物。

1.2 修復(fù)技術(shù)現(xiàn)狀

微生物修復(fù)由于其投資少、操作簡單、不產(chǎn)生二次污染等特點，已成為了多環(huán)芳烴污染土壤修復(fù)技術(shù)的熱點。利用土壤中微生物，特別是真菌，以污染土壤為碳源進行微生物的代謝，對土壤中的大分子多環(huán)芳烴進行降解，從而達到修復(fù)污染土壤的目的[5]。但由于多環(huán)芳烴的水溶性較低，其與土壤顆粒具有較強吸附性，導(dǎo)致其微生物降解的效果大打折扣，降低了微生物修復(fù)的效率，因此有必要改進其修復(fù)技術(shù)，以提高大分子降解的效率。

由于多環(huán)芳烴在環(huán)境中的轉(zhuǎn)化和歸宿機理目前還不十分清楚，因此其修復(fù)的技術(shù)也在不斷改進。現(xiàn)階段土壤中的多環(huán)芳烴修復(fù)技術(shù)見表1。

表1 土壤多環(huán)芳烴修復(fù)技術(shù)Tab.1 Remediation technology of PAHs in soil

如表1所示，修復(fù)技術(shù)主要有4種，物理修復(fù)主要利用了多環(huán)芳烴的半揮發(fā)性特點（多環(huán)芳烴沸點為200℃～500℃），采用加熱焚燒等方法進行處理；物化修復(fù)是利用臭氧、高錳酸鉀等強氧化劑，與污染土壤中的多環(huán)芳烴產(chǎn)生化學(xué)氧化反應(yīng)進行降解；生物修復(fù)則是利用茅草或一些豆科植物或微生物吸附作用進行修復(fù)。當(dāng)然也可以采用多種技術(shù)的聯(lián)合修復(fù)法。

2 平菇菌株對多環(huán)芳烴污染土壤環(huán)境的修復(fù)

2.1 修復(fù)技術(shù)方案

平菇菌株對多環(huán)芳烴污染土壤的修復(fù)，主要是利用平菇菌株的微生物修復(fù)作用，其主要的特點是操作簡單、成本低、修復(fù)效率高，多環(huán)芳烴的吸收降解效果良好。

1）污染土壤的預(yù)處理。對待修復(fù)的多環(huán)芳烴污染土壤進行清理，除去石塊、塑料、植物殘體等雜物，平整翻耕土壤，翻耕深度為0.5 m，按60%左右的比例加水使?jié)駶櫵苫纯伞?/p>

2）土壤調(diào)理劑的制備。平菇菌株生長環(huán)境調(diào)節(jié)，按100 m2污染土壤治理的標(biāo)準制作調(diào)節(jié)劑。將收集好的樹枝、雜草、玉米秸稈、玉米芯等晾干、粉碎，打成粉末狀的碎屑，取100 kg的碎屑，加入1.0 kg的碳酸鈣、1.0 kg的石灰、0.5 kg的硫酸鎂、0.1 kg的克霉靈、0.5 kg的尿素攪拌均勻。然后加入100 kg干燥的人畜糞便，攪拌均勻制成土壤調(diào)節(jié)劑備用。有條件的情況下可以再加入約50 kg的平菇菌糠混勻更好。

3）堆肥。將上述制備好的土壤調(diào)理劑均勻地撒在100 m2的污染土壤上，翻耕待修復(fù)的多環(huán)芳烴污染土壤，將其堆成寬度在1.0 m、高度在0.5 m左右的堆垛條，堆垛間要留有20 cm左右的空間通風(fēng)，在不同的堆垛條上進行試驗，接種不同的平菇菌株（如“金農(nóng)五號”“中華平菇PV3”等品種），以檢測不同平菇菌株對多環(huán)芳烴的降解能力。一般需要間隔0.2 m進行菌株接種，注意不要將接種的菌種搗得太碎，以免菌絲受傷污染和失去活力，適當(dāng)噴水保濕，壓實后用塑料膜覆蓋壓好。讓其自然發(fā)酵、分解、腐熟3個月后除去塑料膜。

4）檢測接種不同平菇菌株的堆垛中多環(huán)芳烴的含量，計算多環(huán)芳烴的降解率，比較不同平菇菌株對多環(huán)芳烴的降解能力；同時，檢測最終土壤中多環(huán)芳烴的含量。如果還不符合國家對土壤修復(fù)的標(biāo)準要求，可以選擇上述多環(huán)芳烴降解率較高的平菇菌株，然后重復(fù)上述步驟進行堆肥修復(fù)，直到達到要求為止。

2.2 修復(fù)原理

目前已報道的多環(huán)芳烴降解菌中大部分菌株能夠利用萘、菲等作為唯一碳源生長。如桂琳等[6]對平菇誘變菌株（Pleurotus ostreatus SG0056）對多環(huán)芳烴菲的生物降解作用進行了研究，結(jié)果表明這種平菇菌株具有對多環(huán)芳烴菲的降解能力，提出了可能的降解途徑，可以使多環(huán)芳烴菲轉(zhuǎn)化為9，10-環(huán)氧化菲進而進一步水解，并得到最終的代謝產(chǎn)物水和二氧化碳。朱婷婷等[7]認為，一般的微生物對4環(huán)以上的多環(huán)芳烴轉(zhuǎn)化降解能力有限，而平菇菌株是少數(shù)能夠降解4環(huán)以上多環(huán)芳烴的真菌，其主要原因推測是平菇菌株在降解多環(huán)芳烴過程中氧化酶的活性較高。李烜楨[8]、朱鈺等[9]利用平菇的粗酶液生產(chǎn)產(chǎn)漆酶來對多環(huán)芳烴進行降解，發(fā)現(xiàn)了平菇粗酶液中含有較多的調(diào)節(jié)物質(zhì)，對苯并 [a]蒽、蒽、苯并[a]芘、苊等都有比較好的降解效果，而產(chǎn)漆酶的清理作用與碳源、氮源的類型、pH及碳源、氮源的質(zhì)量濃度等都有一定的關(guān)系。

3 修復(fù)結(jié)果與討論

3.1 修復(fù)結(jié)果

對平菇菌株土壤修復(fù)方法進行對比試驗，采用色譜法進行多環(huán)芳烴含量檢測，試驗結(jié)果見表2。

表2 土壤的修復(fù)前后數(shù)據(jù)對比Tab.2 Comparison of soil data before and after remediation

從表2可以看出，與修復(fù)前相比，在修復(fù)后土壤中多環(huán)芳烴的總含量，特別是高環(huán)（4環(huán)以上）含量由46.70 ng·g-1下降至1.08 ng·g-1,下降明顯，差異極為顯著（P＜0.01）。

3.2 討論

高環(huán)多環(huán)芳烴是土壤污染的主要來源，毒性較大。試驗中添加了尿素作為加速平菇菌株生長劑，以增加土壤對氧的吸附能力，氧離子的增加有效增強了微生物發(fā)酵的活力，加快了多環(huán)芳烴的分解效率。如對萘等低分子量的多環(huán)芳烴降解，由于需要氧化還原酶的催化，氧離子的增加可以加快氧化還原過程，真菌中含有的雙加氧酶可以促使氧原子與多環(huán)芳烴大分子的結(jié)合，氧分子與苯環(huán)結(jié)合，打散了原來苯環(huán)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)有毒苯的分解。樹枝、雜草、玉米秸稈、玉米芯的碎屑為平菇菌株的生長提供了生長環(huán)境，一般土壤屬于非流體物質(zhì)，真菌在這種介質(zhì)上不易附著，即使能夠附著也存在接觸不均勻，接觸面積過小等問題，不利于菌株生長。而碎屑的加入填充了土壤中的間隙，也為菌株生長提供了一個個小空間，同時，還能使菌絲等在這些碎屑的中空結(jié)構(gòu)中更好地生長，增加了菌株與污染土壤的有效接觸面積，也避免了其它雜菌對平菇菌株生長的干擾和接觸，使得平菇菌株能夠更加“專心”地從事多環(huán)芳烴污染物的清理。

平菇菌株除了其生物降解作用外，也可以通過腐植酸來吸附多環(huán)芳烴大分子，起到固定穩(wěn)定作用。平菇菌株的生長活性及其表面活性能夠增加多環(huán)芳烴的溶解度，菌株生長過程中形成的腐植酸與污染土壤結(jié)合形成復(fù)合的膠狀體，可以吸附多環(huán)芳烴離子，而且也容易與污染土壤中的非極性疏水化合物結(jié)合，增加多環(huán)芳烴的溶解度，使其更容易從土壤中洗脫。同時，腐植酸也可以調(diào)節(jié)污染土壤的pH，為平菇菌株生長提供適宜的生長環(huán)境和營養(yǎng)，菌株的大量增殖可以提高多環(huán)芳烴的降解速度。

4 結(jié)論

平菇菌株能夠降解土壤中的多環(huán)芳烴，該生物修復(fù)技術(shù)具有工藝簡單、低能耗、無污染等優(yōu)點，但是也存在降解速度緩慢、降解效果不穩(wěn)定等問題。由于土壤中的多環(huán)芳烴污染具有多樣性，加之土壤微生物成分復(fù)雜，后續(xù)還需要在聯(lián)合修復(fù)和各種菌株的協(xié)同治理方面加深相關(guān)研究，進一步提高平菇菌株對多環(huán)芳烴污染的土壤的生物修復(fù)效率，使之成為一種真正高效、生態(tài)、清潔的多環(huán)芳烴污染治理方法。