石油是一類具有致癌、致畸和致突變性的有機(jī)污染物，隨著其在國防、航天、工業(yè)等重要領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，大量的石油及其制品由于各種途徑進(jìn)入土壤和水環(huán)境并對生態(tài)與人類健康造成嚴(yán)重危害。微生物修復(fù)技術(shù)因其經(jīng)濟(jì)及有效性而成為一種最具發(fā)展?jié)摿Φ闹卫硎蜔N污染的技術(shù)，它是微生物催化降解有機(jī)污染物從而去除或消除環(huán)境中石油類有機(jī)污染的一個受控或自發(fā)進(jìn)行的過程。由于石油烴的疏水性和環(huán)境的復(fù)雜性等原因，自然條件下微生物降解速度較慢，可采取多種措施強(qiáng)化生物修復(fù)這一過程。本文考察了生物表面活性劑鼠李糖脂溶液的表面張力在極端環(huán)境下的穩(wěn)定性及粘土、壤土及砂土三種不同土壤類型對其的吸附作用。

本文證明鼠李糖脂對原油飽和烴(SAT)和多環(huán)芳烴(PAH)組分具有明顯的增溶作用，并能有效促進(jìn)污染物質(zhì)的解吸。本文在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上采用投加表面活性劑、提供微生物生長繁殖所需條件(O2、營養(yǎng)元素)和投加外源微生物等方式對石油類污染土壤及地下水進(jìn)行修復(fù)。本文其次分析了表面活性劑及各環(huán)境因子對石油類有機(jī)污染土壤的生物降解過程的影響，并對微生物降解進(jìn)行一級動力學(xué)分析，為高鹽度的含油土壤修復(fù)提供了理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。最后通過地下水原位修復(fù)中試裝置，結(jié)合基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和中試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立了地下水飽和帶石油類污染物的遷移及微生物修復(fù)模擬模型。

本文主要結(jié)論如下：

1、生物表面活性劑鼠李糖脂具有優(yōu)良的表而活性，并顯示出良好的環(huán)境適應(yīng)性。其具有較低的臨界膠束濃度和極低的表面張力。通過對不同鹽度和pH條件下鼠李糖脂溶液濃度和表面張力變化關(guān)系的擬合，結(jié)果表明該表面活性劑在不同鹽度和酸堿度環(huán)境下其溶液的表面活性不易受鹽度和pH的影響，因此在含鹽量高、含油量高、酸堿性不同的土壤及地下水污染場地修復(fù)中具有較好的穩(wěn)定性和較強(qiáng)的實(shí)用性。另外，鼠李糖脂施用環(huán)境中土樣粒徑越大，土壤有機(jī)質(zhì)含量越小，鼠李糖脂損失量就越小(鼠李糖脂在壤土、砂質(zhì)壤土和砂土中的損失量分別為75.0%、66.7%和50.0%)。

2、原油組分SAT和PAH在生物表面活性劑鼠李糖脂溶液中有顯著的增溶作用，與水中SAT和PAH的溶解量相比分別提高了20倍和84.6%。對鼠李糖脂濃度-液相SAT濃度進(jìn)行線性擬合，發(fā)現(xiàn)表面活性劑鼠李糖脂對SAT各組分的溶解限為0.04%左右。鼠李糖脂溶液濃度增加對石油中PAH組分的增溶能力影響趨勢與SAT組分相同。由于多環(huán)芳烴強(qiáng)烈的疏水性，鼠李糖脂溶液對其增溶能力遠(yuǎn)低于對飽和烴組分的增溶能力。對環(huán)境因素鹽度和酸堿度的正交實(shí)驗(yàn)考查結(jié)果顯示鼠李糖脂濃度是影響SAT和PAH溶解效果的主要因素。正交實(shí)驗(yàn)還表明，鼠李糖脂濃度、pH值和鹽度在SAT和PAH的溶解過程中存在兩兩交互作用，且鹽度的增加削弱了SAT的溶解，而堿性的增加有利于SAT和PAH的增溶。

3、大于臨界膠束濃度的生物表面活性劑鼠李糖脂溶液有效促進(jìn)了原油組分SAT和PAH的解吸，土樣類型不同，兩種，組分的解吸率也不同，砂土有機(jī)含量低且顆粒比表面積小從而導(dǎo)致吸附的石油組分會更易被解吸。當(dāng)鼠李糖脂濃度為0.02%和0.04%時SAT和PAH的解吸率甚至低于去離子水中兩種組分的洗脫率，經(jīng)分析這種現(xiàn)象是由于溶液中的鼠李糖脂優(yōu)先被土壤顆粒吸附，吸附相的鼠李糖脂影響了SAT和PAH在土壤上吸附及分配過程，從而導(dǎo)致石油在土壤上的吸附量增加。鼠李糖脂的存在對兩種土樣中石油飽和烴的去除率均有一定積極作用，且當(dāng)鼠李糖脂濃度達(dá)到0.08-0.1%時其解吸效果較好。相較于SAT來說，PAH疏水性更強(qiáng)，且環(huán)數(shù)越高結(jié)構(gòu)越復(fù)雜的PAH疏水性和吸附能力越強(qiáng)。pH值的變化通過改變土壤物化性質(zhì)從而改變土壤-石油-鼠李糖脂系統(tǒng)中石油污染物的吸附狀態(tài)，且呈弱酸性的鼠李糖脂溶液有利于促進(jìn)SAT和PAH的解吸。鹽度的增加對土壤中SAT和PAH的解吸有一定的影響，且因土壤成分不同其解吸規(guī)律不同。

4、通過控制微生物降解石油污染土壤實(shí)驗(yàn)過程中的溫度、濕度及氧氣等重要因素，利用正交方法設(shè)計實(shí)驗(yàn)，考察了土壤類型、表面活性劑和石油初始濃度等因素間交互作用對土著微生物降解土壤中石油烴的影響。正交試驗(yàn)中所有樣品的石油烴降解率達(dá)到66.21-94.00%，比添加HgCl2以控制微生物活性的空白對照樣品高出了28.44-56.23%，說明石油烴在土壤中的減少主要是由微生物降解引起。通過氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀的測定，確定了與重質(zhì)烷烴相比，輕質(zhì)烷烴更容易被微生物降解。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明土壤類型是微生物降解過程中的最重要因素，土壤顆粒對石油分子的吸附是微生物降解石油烴的瓶頸。表面活性劑的加入有利于改善油-水-微生物細(xì)胞界面的接觸行為，通過增強(qiáng)細(xì)胞膜疏水性、增強(qiáng)疏水性有機(jī)物的親水性等方式加快了微生物對油類污染物的利用速度及降解速率。

5、土壤-油-微生物系統(tǒng)中，表面活性劑添加濃度為兩倍臨界膠束濃度的土壤樣品中微生物對石油烴的降解速率最大，達(dá)到0.0866d-1，說明適量的生物表面活性劑鼠李糖脂的添加會促進(jìn)石油烴的微生物降解，但表面活性劑濃度過高反而會影響其使用效率。鹽度的增加使得石油類有機(jī)物在水相中溶解度減小，從而增大其在土壤顆粒上的吸附量，且.鹽度越高越會對微生物產(chǎn)生毒性，從而降低其對有機(jī)污染物的降解能力。本實(shí)驗(yàn)證明鹽度的增加對微生物降解石油烴污染物具有抑制作用，系統(tǒng)中NaCl濃度分別為0.2、0.4mol/L時，微生物降解速率約為不加鹽樣品的1/2、1/4。值得肯定的是，添加生物表面活性劑鼠李糖脂能有效促進(jìn)含鹽量高的土壤中有機(jī)污染物的降解。

6、設(shè)計了砂箱土壤及地下水物理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?gòu)建了一套微生物處理系統(tǒng)，利用Visual MODFLOW進(jìn)行了數(shù)值模擬，對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和預(yù)測數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合且擬合結(jié)果較好。實(shí)驗(yàn)證明生物表面活性劑鼠李糖脂能有效改進(jìn)地下水飽和帶有機(jī)污染生物修復(fù)技術(shù)，對柴油等有機(jī)污染去除率較高，修復(fù)效果顯著。