柴油汙染土壤之代謝研究 指導老師：曹俊文 專題學生：倪佩君

1. 摘要 自工業發展以來，石油製品於不當使用過程中，造成土壤汙染，研究選以柴油為目標污染物，配置其不同污染濃度為1%、5%、10%、20%、50%和空白組(w/w)之土壤，採用生物復育整治，以原生性微生物代謝之最終產物CO2，計算其累積量，觀察對柴油分解效率，於123天後結果得知，初期均分解較快，後期有緩慢分解趨勢，以添加柴油汙染濃度1%及5%分解效果最佳，於20%代謝出的CO2總量最多，代表其微生物活性較好，50%因汙染濃度過高，生物毒性較強，代謝速率較20%緩慢，另以不同柴油濃度污土對紅豆及綠豆進行毒性試驗，結果顯示柴油對於植物有一定之毒性。 前言 油品污染土壤，因吸附及重力作用垂直滲入土內，更會阻礙揮發性碳氫化合物的揮發散失並毒害生物，妨礙植物生長，並導致當地環境生物態改變。 根據美國超級基金(Superfund)整治列管污染場址技術使用包括物理、化學和生物方法，其中生物復育技術具有將污染物去除之能力、易於維護、適用範圍大、符合成本效益等優點。 生物復育(bioremediation)是使用微生物分解[ (礦化作用(mineralization)或共代謝(cometabolic) ]污物的處理方法，在有氧條件下分解柴油簡意化學式： C16H34 + 24½ O2 → 16 CO2 + 17 H2O 據原理分解基質和所產CO2量成正比，CO2產量成了最好提供微生物是否降解碳氫化物之潛能資訊。 研究方法 土壤前處理 實驗用之土壤樣本採自無汙染紀錄之土壤，經前處理風乾、過篩取得粒徑均勻之土壤，並檢測其背景。 土壤呼吸測定 使用生物分解瓶(Biometer flask) 裝置如圖1藉以來量測微生物於代謝過程中所生產CO2之數量，配置柴油汙染土壤濃度為1%、5%、10%、20%、50%和空白組(w/w)，每一濃度各做3瓶，各瓶置入已加入營養鹽且pH值調整為7.5及含水率至60%之土壤20g，依配置汙染濃度不同添加適當量柴油。另使用幫浦做曝氣，於過程中氣體通入ascarite過濾。再注入鹼液於側支瓶內，定期回收鹼液做酸鹼滴定實驗，計算CO2釋放含量。 圖1:生物分解瓶 植物毒性試驗 配置柴油汙染土壤濃度為1%、5%、10%、20%、50%和空白組(w/w)，各種植5株紅豆及綠豆做毒性試驗，為期7天收成觀察生長情況。 結果討論 土壤背景 表1：土壤背景值 土壤質地試驗採2種方法分析做比較，經表1實驗數據比對結果為比重計法較可信，應為此法分散土壤團粒較徹底，檢測時將促成團粒之膠結類物質去除及打散，如：添加過氧化氫消除有機質、鹽酸去除可溶性鹽類、六偏磷酸鈉及使用電動攪拌器使土粒更均勻分散及使用比重計更能精準量測。 而土壤結構沉澱試驗僅是去除硬離子及使用人工方式攪拌土壤造成土壤粒子未均勻分散。 高含量有機質或偏粘粒之細質地土壤對油品吸附量大且降解效果較差，實驗用之土壤質地為砂質壤土，有機質含量為12.7%，應是適合微生物分解總石油碳氫化合物之土壤。 土壤呼吸測定 由圖2所示，1%及5%於15~30天後漸開始其CO2釋出速率近似於空白組，判斷其柴油汙染濃度低所致。因1%於45天後釋出量漸過低，第74天停止實驗。以5%、10%及20%比較，其CO2釋出量應依其汙染濃度增加成倍率成長，但50%於處理時間內確未如此，應為汙染濃度過高，油浮於土層表面更影響氧氣滲入，對生物毒性強所致。10%釋出CO2速率有漸緩趨勢，20%其釋出CO2量最多，仍持續增加表示分解中。實驗過程中，受柴油汙染之土壤均長出白色菌絲體，應證分解碳氫化合物大多由真菌及細菌所為。 圖2：不同柴油汙土濃度於123天內代謝釋出CO2總累積量 植物毒性試驗 表2：紅豆毒性評估 表3：綠豆毒性評估 由表2和3數據比對得知柴油對植物紅豆、綠豆毒性評估於生長期第7天生長情況，普遍空白組生長良好，僅1%汙染濃度，即對植物明顯造成毒性之影響，導致生長緩慢，而其餘5%、10%、20%和50%濃度污土之紅豆、綠豆之種子均發生發黑壞死軟化之現象。 圖3:紅豆於不同污染濃度生長情形 圖4:綠豆於不同污染濃度生長情形 結論 有機污染物於微生物合適環境下應有自然分解之能力，只是過高污染濃度及複雜之有機化合物對生物具有毒性及抑制性，分解所需之時間較長，因此以工程化生物復育之方式進行整治加速處理仍為妥當。 參考文獻 方俊傑 (2007)。《無機營養鹽促進柴油之生物分解之研究》，碩士論文。台南市：國立成功大學地球科學研究所。 林文元 (1999)。《油品在幾種台灣土壤中之吸附、脫附與移動性探討》，摘要，碩士論文。屏東縣：國立屏東科技大學環境工程與科學系。 吳柏穎 (2010)。《土壤有機質對生物降解石油碳氫化合物之影響》，摘要，碩士論文。台南市：國立成功大學環境工程學系。 José Soares Junior, Adriano Pinto Mariano and Dejanira de Franceschi de Angelis.(2009).Biodegradation of biodiesel/diesel blends by Candida viswanathii .African Journal of Biotechnology,8(12), 2774-2778. T. A. Kettler, J. W. Doran, and T. L. Gilbert.(2001).Simplified Method for Soil Particle-Size Determination to Accompany Soil-Quality Analyses. SOIL SCI. SOC. AM. J., 65,849-852. US EPA.(1998).OPPTS 835.3300 Soil Biodegradation. (Publication No. EPA 712-C-98–088). Fate, transport and transformation test guidelines. Ibrahim A. Mirsal.(2008). Soil pollution: origin, monitoring & remediation(2th ed.). Springer.ISBN:978-3-540-70775-2. 柴油汙染土壤之代謝研究指導老師：曹俊文專題學生：倪佩君