石油污染土壤的生物修复技术及应用

石油污染土壤的生物修复技术及应用

由于石油在生产、加工、运输及战争中泄漏等原因，其污染危害已成为世界性问题，近年来各国科学家对石油污染治理及生物修复研究较多。

一、石油污染土壤生物修复的研究和实用技术 (一)石油污染土壤生物修复研究方法

国内外许多研究者对石油污染土壤的微生物降解原理、影响因素、降解效率、降解菌筛选等方面进行了大量研究，其研究方法大体包括以下几种：

1．植物法

利用农业化学法，根据土壤污染状况，通过盆栽、小区和大田模拟实验，结合野外调查，进行石油污染物的残留分析，研究石油污染物对植物生长的影响。研究植物常选用受拈染区内代表性较强的粮食作物和经济作物，如：水稻、小麦、玉米、花生、棉花、油菜、茶树及各种果树等。近几年来也有的学者研究筛选对石油污染的抗性植物或其根际分泌物中具有降解石油分子的微生物的植物品种。

2．动物法

此法在国外有较长的研究历史，在国内的研究还处于探索阶段。它包括两方面的内容：①将生长在污染土壤上的植物体、粮食等饲喂动物，通过研究动物的生理生化变异来研究土壤污染状况；②直接将土壤动物，如蛆坝、线虫类饲养在污染土壤中进行有关研究。

3．微生物法

这是研究最多的一种方法，一?般是根据土壤污染状况，富集、驯化土著微生物，或人工接种培养代表性的土壤微生物，以研究土壤微生物受土壤污染的影响变化，筛选能够降解土壤污染物的工程茵。

4．其他生物法—种方法，—般是根据土壤污染状况或人工接种培养代表性的土壤微生物污染的影响变化，筛选能够降解土壤。

(1)酶法添加一定的污染物于土壤中，待一定时限后．分析土壤中酶活性变化，以酶活性作为土壤污染变化的指标。

(2)土壤呼吸法土壤呼吸作用受土壤中物质成分的影响较大，因此，可通过研究土壤呼吸来研究土壤污染及其降解状况.

(3)生物降解法

直接研究土壤中石油类物质在各种因素下的降解情况土壤受污染状况，探索石油污染的修复方法。

(二)石油污染土壤生物修复技术 1．原价处理法

污染土壤不经搅功，在原位和易残留部位进行处理。最常用的处理方式是进入土壤饱和带的污染物生物降解。采取添加营养、供氧(通风或加H202)和接种特异工程茵等措施提高其降解力，HJ通过一系列贯穿于污染区的并，直接通风和注入配好的溶液来完成。也可采用把地下水抽至地表，进行生物处理后，再注入土壤中进行循环的方式来治理土壤污染。由于氧交换的需要，该法适用了渗透性好的木饱和土壤的治理。 2．就地处理

土壤耕作法、堆肥法是就地处理废物最早使用酌方法广泛应用十炼油厂废油污泥的处理。

(1)土壤耕作法

是一种广泛采用的处理土壤污染的方法，需要监测土壤水分和补充无视营养物(N、P、K)，耕作机械定期使废物与营养盐、细菌和窜气无分接触，使广部处理带保持好氧状态。这是一项节约成本的方法，适于处理石油工业废物及污泥，可在几个树时间使石油浓度从7删mg／kg降低到100—2m吨kg。美国石油研究所

l州icmNDleMbt汕M)优化了处理过程，提出了施用速率、处理时间、营养补充、水分含量、混合方式的最佳条件。美园环保局(皿)于t989年在阿拉斯加威廉工子湾海滩实施的原油污染生物修复项目，采用这种生物耕作法，在80公里的海滩上施用了氮磷肥料，不到20天原油全部消失。

(2)土壤堆肥法

将石油污染上壤与有机粪肥混合处理。具体方法是．将羊粪、鸡粪与锯末按1：1的比例混合成为有机肥，再与被石油污染的土壤按土：肥为3．5：1的比例混合，堆放在场地上，堆高1．5—1．8m，中间放置两层直径100M的多孔软管，软管间距为3．5m，用于通气和排水。堆肥上覆盖塑料布以防流失。结果表明处理效果很好。

(3)生物反应器

可建在污染现场或异地处理。受石油污染的土壤用水调成泥浆，装入生物反应器内，控制一些重要的牛物降解条件，提高处理效果。还可用上批处理过的泥浆接种下—批新泥浆。此种方法处理效率高，但费用也较高，在美国已有实际应用，在我国基本上述处于实验和pJ处理性研究阶段。

(4)．强化生物恢复技术的途径

为了强化石油污染土壤的生物修复技术，厂途径： (1)充分提供氧源

在土壤中石油污染浓度较高时，微生物活动需要充分的氧气，氧的供应就成为生物降解的控制因素。对深层土壤和地下水的处理，除了采取向地下注入字气或从地下打孔排气以增加氧的流动供应外，近年来H202作为氧源得到广泛的应用。H20b可提供47．1％的氧。其分解过程有两个途径，即由于细胞内过氧化氢分解酶的酶分解，以及由于存在铁离子的非酶分解。只要加入浓度不超过对生物有害的水平，在实验空和现场试验，使用效果均十分明显。

(2)提供营养物

主要是施用肥料，以提供必要的N量，以免N、P流失造成水体畜营养化。

(3)接种

从土壤中分离出的对烃类有很强分解能力的降解菌，制成干煤菌种。或者利用遗传[：程方法，使微生物的遗传基因发生变异，以得到降解能力强的变异菌种。在需要时．向污染土壤接种。接种所受影响因素很多，例如．对烃类的适应性要强，遗传稳定性要好，休眠后仍有活人，使用时能快速增殖并对当地菌种介?定竞争力等。所以，进一步的发展还有许多工作要做。

(4)工程设计

石油污染／2物治理系统的特点．是①系统是个多相体系；⑦系统内各类物质均可能具有不问的相态；③系统内部物质之间及内外部物质之间均可能有反应进行；④气液在系统内部运动形成动态平衡；0微生物不断生长、增殖和死亡。在这样—个复杂条件厂，降解过程得到顺利进行的—个必要条件，是系统内微生物与被降解物质应有尽可能大的接触机会。所以，工程设计就对强化过程有很大作用c在这方匝，系统的建模与仿真就是十分必要的。

通过系统的建模与仿真，能了解系统内污染物、营养物、氧等物质的运移和归宿，得到系统内污染物在宰间和时间上的变化过程，并进而提供有效的系统设计。最近国外研究十分活跃.

二、石油污染土壤生物修复应用实例

实例11989年3月，超级油轮rAx皿vddez号的1100万加仑的原油在5小时内被泄漏到美国最原始也最敏感的阿拉斯加海岸，原油的影响遍及删英电的海岸。由于常规肋净化方法已不起作用，EWn公司和环保局随厉就开始了著名的“阿抗斯加研灾计划“，主要采用生物恢复技术来消除溢油的污染，这是到目前为止规模最大的现场生物恢复工程o]：程小在一些受污染的海滩有控制地使用了两种亲油的微生物肥料，然后果样评价添加营养素对促进／J：物降解油的效果。加入肥料后，海滩沉积物表面和次表面的异养菌和石油降解菌的数量增加了1—2个数量级，石油污染物的降解速率提高了2。3倍，使净化过程加快了近两个月c这个研究项目还说明了以下几个事实：在油泄漏后不久就出现生物降解；营养素的加入并未引起受污染海滩附近海洋环境的

富营养现象。由此可见，生物恢复技术成为一种可被人们接受的油泄漏治理方法。

实例2对一块面积为XD乎方米、深度为8米的受石油烃类化合物污染的地区进行“就地”生物恢复处理，采用的是地下水抽取和过滤系统。具体方法是从·个8米深的中心并和10个分布在处理地区周围的并中抽取地下水，然后用两台真空泵以30m1／h的流量输送到—个50m3的曝气反应器中，反应——段时间后再输送到颗粒滤槽中，经过滤后重新渗入地下。在此过程中，采用了注入表面活性剂和营养物、曝气相接种优势微生物等强化措施以促进污染物的降解。经过15周的处理，土样中石油烃类化合物的浓度从136—2N办L降低到20—32叫IJl去除了明％。测定注入地下的水利抽出的地下水中溶解氧的浓度，结果表明进水中的溶解氧为8．4吩IJ，而出水中的溶解氧为2．4办L．说明在上壤中也在进行着较

强的好氧生物恢复过程。

实例320世纪印年代韧纽约长岛汽油站发生汽油泄漏，大约1删千克的汽油进入附近土壤和地下水中，后来通过回收未被土壤吸附的汽油，回收了约8帅千克汽油，但仍有相当多的汽油残留在土壤小。1985年4月开始了在该地进行生物恢复处理，采用过氧化氢作为氧供体，在21个月中有效地去除了土壤中吸附的汽油，估计通过少物作用去除的汽油约有17640千克，约占去除汽油总量的72％．经过生物恢复处理后．土壤中的汽油含量已低于检测限。

实例41984年美国Mi咖Mi西部发生地下石油运输管道泄漏事件，M％DW自然资源部下令在该地进行土壤恢复计划。该计划采用了一个生物恢复系统，这个系统由抽水并、油水分离器、曝气塔、营养物添加装置、过氧化氢添加装置、注水井等部分组成，经过32个月的运行，取得了良好的效果。该地的趴X(苯、甲苯、二甲苯)总浓度从20—30mdL降低到o．05。o．10叫Iu整个运行期间汽油去除速度为1xD。140千克汽油／5，生物技术去除的汽油约占汽油去除总量(38删千克)的88％。其实践表明，4：物恢复技术是经济有效、快速的土壤恢复技术。

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