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石油开采、生产、储存、运输和石油产品使用过程中的溢油、泄漏和排放等问题,已严重威胁到环境生态和人类健康。经济和环境友好的微生物修复技术,成为污染土壤修复的研究热点。针对微生物修复石油污染土壤技术实际应用中存在的问题,如添加菌在修复土壤中存活率低、吸附固定化细胞易外泄和实地修复效率低等,本研究通过两步固定化方法制备一种硅化固定化菌剂(Silica-IC),并探讨了该菌剂的特征和性能,及其在水体、泥浆和土壤中的降解能力和作用机理;从土壤、污染物和微生物三维角度出发,采用正交试验设计确定了固定化微生物修复石油污染土壤的主要因子和最优条件,以期为石油污染土壤的微生物强化修复技术提供理论参考和技术支撑。论文取得的主要成果如下:(1)制备了具有良好保菌能力和稳定性的硅化固定化菌剂(Silica-IC):采用两步固定化方法,即细胞先吸附固定在木屑上,再利用气相沉淀法在其上覆盖一层硅凝胶,制备硅化固定化菌剂。研究发现Silica-IC细胞截留率较高,且在低温4°C和高温30°C放置28天,活菌菌落数(CFU)均无显著性下降,说明其有良好的保菌能力和稳定性。(2)研究了硅化固定化细胞降解菲的动力学机制:结果表明Silica-IC固定化细胞去除菲的过程主要是吸附-降解机制。以污染土壤石油组分多环芳烃含量较高的菲及典型降解菌Sphingomonas sp.GY2B为研究的模型。当把固定化菌株加入水体中时,其对菲的降解过程与吸附-降解模型较为吻合,而游离菌与一级动力学模型吻合;当将固定化菌株加入含菲的泥浆或土壤中时,菲的去除可能存在多种途径,比如吸附至载体上的菲被载体上固定着的GY2B菌株直接利用,菲的不断降解促进更多的菲被吸附至载体上,继续被菌株利用,缩短了菲与菌株间的传递距离,克服了部分传质限制,达到强化菲的去除效果。(3)研究了Silica-IC在泥浆和土壤体系中的生长和降解特性:结果表明Silica-IC可高效降解水体、泥浆和土壤中的石油组分菲。对土壤中的菲,48 h去除率高达93.4%。在泥浆和土壤体系中Silica-IC中的GY2B细胞短暂适应环境后快速生长繁殖,并维持在比较高的菌落数水平,表现出较好的存活率和生长趋势。(4)研究了固定化菌剂修复实际石油污染的土壤:结果表明分不同时间段多次添加固定化菌剂并为其提供良好的微环境(适宜的pH、盐度和可利用的底物)可有效净化石油污染的土壤。利用正交试验设计,对炼油厂附近石油污染的酸性土壤进行为期60天的修复实验,发现影响因子显著性水平依次为:无机复合肥的量>菌剂总量>菌剂添加方式>>表面活性剂的量;无机复合肥显著地抑制总石油烃(TPH)的去除;在最佳修复条件下,即2%的固定化菌剂总量(5.97×106 CFU/g)分三次添加和6%的阴-非离子混合表面活性剂(SDS:TritonX100=2:1)总量,TPH去除率可达60%以上(C0=13755 mg/kg)。