石油污染土壤的微生物修復技術

張夙夙

摘 要：石油素有“工業(yè)血液”之稱，是現(xiàn)代工業(yè)的重要能源之一。然而，隨著石油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在石油勘探、開采、運輸和儲存的過程中，各種泄漏事故造成的環(huán)境污染越來越嚴重。石油污染土壤的微生物修復技術因其具有速度快、消耗少、效率高、成本低、無二次污染以及反應條件溫和等優(yōu)越性而被人們所提倡。該文綜述了微生物修復石油污染土壤技術的主要方法、影響因素和強化途徑，分析了現(xiàn)有研究中的不足，并對今后的研究趨勢進行了展望。

關鍵詞：石油污染；土壤；微生物修復

中圖分類號 X53 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2014）10-27-02

Abstract：Petroleum as industrial blood is one of the most important energy in modern industry. However，during the petroleum exploration，mining，transportation and storage，all kinds of environmental pollution caused by leakage accidents is more and more serious with the development of oil industry. Microbial remediation technology of petroleum contaminated soils accepted by people because of its high speed，less consumption，high efficiency，low cost，no secondary pollution，and mild reaction conditions. This paper introduce the main methods，influence factors and strengthening approaches.It also analyzed the shortcomings of the existing researches and prospected the future research trends.

Key words：Petroleum pollution；Soil；Microbial remediation

隨著我國經(jīng)濟建設的發(fā)展，石油開采規(guī)模日趨擴大。但由于環(huán)保意識的缺乏和技術管理的落后，在油田開發(fā)、石油運輸和煉油業(yè)發(fā)展等過程中，部分原油直接或間接流入土壤，不僅浪費寶貴的資源，并且對生態(tài)環(huán)境造成污染[1]。石油進入土壤后，能夠改變土壤有機質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)，使其理化性質(zhì)產(chǎn)生變化，對作物的生長發(fā)育產(chǎn)生有害的影響[2]。同時石油中的致畸、致癌物質(zhì)會通過“土壤—植物—人”這一食物鏈進入人體，危害人體健康[3]。故探究土壤石油污染的治理方法顯得極為迫切。

1 石油污染土壤的微生物修復技術

1.1 原位微生物修復技術 原位微生物修復技術是指在不破壞土壤原有結(jié)構(gòu)的基礎上，向污染區(qū)土壤中投放氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，從而增加土著微生物或接種的高效微生物菌株的代謝活性，提高微生物降解石油烴的效率。原位微生物修復技術主要包括生物培養(yǎng)法、生物強化法和生物通風法等。

1.1.1 生物培養(yǎng)法 生物培養(yǎng)法是指直接利用土壤中的土著微生物，通過定期向石油污染土壤中投放營養(yǎng)物質(zhì)和氧氣，刺激土著微生物的活性，滿足其生長繁殖的需要，從而達到降解污染物的目的[4]。

1.1.2 生物強化法 生物強化法是指在原有微生物的基礎上，向石油污染土壤中投放外源降解菌，同時提供N、P、S、K、Ca、Mg、Fe、Mn等微生物生長所必須的營養(yǎng)物質(zhì)。其中N和P為微生物修復系統(tǒng)中最主要的元素，微生物生長所需要的C、N、P質(zhì)量比大約為120∶10∶1[5]。

1.1.3 生物通風法 生物通風法是指通過排出土壤中的二氧化碳并補充氧氣，增強微生物的生理活性，提高土壤中污染物的降解速率。生物通風法常用于由地下油罐泄露造成的輕度污染土壤的生物修復，此法已應用于美國空軍基地處理航空機油污染的土壤治理[6]。

1.2 異位微生物修復技術 異位微生物修復技術是指將石油污染的土壤轉(zhuǎn)移并集中進行生物降解處理，適用于石油污染嚴重并且面積較小的土壤修復。異位微生物修復技術有其獨特的優(yōu)勢：一方面可以在土壤受污染之初限制污染物的擴散和遷移，減少污染范圍；另一方面，可以通過設計并安裝反應控制器或生物反應器，促進生物降解的速率。異位微生物修復技術主要包括生物堆積法、生物堆肥法和生物反應器法。

1.2.1 生物堆積法 生物堆積法是一種土耕法的改良降解技術，通常是將石油污染的土壤堆積成條狀，中間留有“田埂”，堆起的土壤中鋪有管道，提供降解用水，并在土壤以下設有多孔集水管，收集滲濾液，系統(tǒng)還設有送氣管和空氣泵，以穩(wěn)定氧的補給。李培軍[7]等利用生物堆積法對不同類型的石油污染土壤進行修復處理，經(jīng)過近60d的運行，石油總烴的去除率達到38.37%～56.74%。此方法的優(yōu)點是二次污染少，處理效率更高。

1.2.2 生物堆肥法 生物堆肥法是指向石油污染土壤中添加樹枝、稻草、糞肥、木屑等改良劑，使用機械或壓力系統(tǒng)充氧，同時加入石灰調(diào)節(jié)pH值，為微生物的生長和石油類物質(zhì)的降解提供基本能源，經(jīng)過30～120d[8]，大部分污染物被降解。此方法適用于高揮發(fā)、高濃度的石油污染土壤的修復。

1.2.3 生物反應器法 生物反應器法也叫生物泥漿法，是指將石油污染土壤用水調(diào)成泥漿，然后裝入反應器中，加入微生物和營養(yǎng)物等添加物質(zhì)，在氧氣充足的條件下劇烈攪拌，處理達標后，將土壤脫水排出，運回原地[9]。此方法適用于處理表層的石油污染土壤。endprint

2 微生物降解石油烴的影響因素

2.1 微生物的種類 微生物的專一性決定了其只對石油烴的一種或幾種特定成分有較強的降解能力，把不同的微生物混合起來可以提高對石油污染物的降解率。

2.2 石油烴的性質(zhì) 石油烴是由化學性質(zhì)不同的化合物組成的復雜混合物。相同條件下，微生物對不同種類的石油烴的降解能力是不同的。烴類化合物的降解率為：低于C10的直鏈烷烴>C10～C24的直鏈烷烴>低于C10的支鏈烷烴>C10～C24的支鏈烷烴>單環(huán)芳烴>多環(huán)芳烴>雜環(huán)芳烴[10]。

2.3 環(huán)境因素 微生物對石油降解作用受到多種環(huán)境因素的影響，如溫度、pH值、含水量和含氧量等。土壤溫度對微生物修復結(jié)果的影響較大，低溫會抑制烴的降解。在0～10℃，隨著溫度的升高，微生物增多；當溫度從20℃升至30℃時，正構(gòu)烷烴的降解率可增加一倍。pH值對微生物修復結(jié)果的影響主要體現(xiàn)在對微生物本身代謝活性以及降解酶活性的影響方面。水是維持微生物細胞活性和新陳代謝的必需品，含水量過低不足以滿足微生物正常生活的需要，含水量過高會阻礙空氣的流通。而微生物在沒有氧的情況下對石油烴的降解速率是很低的。

3 微生物修復技術的強化途徑

3.1 激活劑對微生物修復技術的強化 張秀霞[11]等研究發(fā)現(xiàn)，向石油污染土壤中適當添加氮源、葡萄糖、H2O2、木屑4種不同作用的激活劑，能起到較好的強化修復作用。

3.2 復合微生物菌劑對微生物修復技術的強化 單金玉[12]等研究發(fā)現(xiàn)，混合培養(yǎng)菌通過協(xié)同作用，其降解效果明顯高于單株培養(yǎng)菌。丁克強[13]等研究發(fā)現(xiàn)，細菌和真菌在生長方面以及對石油烴的降解途徑方面具有互補性，構(gòu)建的真菌-細菌微生物菌劑大大地提高了石油烴的生物降解。

3.3 表面活性劑對微生物修復技術的強化 Hisashi Saeki等[14]通過培養(yǎng)Gordonia sp.Strain JE-1058制備了含生物表面活性劑的修復劑JE1058BS，其在海水和海灘等含鹽條件下的石油污染修復中顯示出極大的降解潛力。

4 結(jié)論

我國在成為石油消費大國的同時，已經(jīng)成為石油污染受害國，石油污染已經(jīng)對相關產(chǎn)業(yè)及生態(tài)環(huán)境造成不可估量的破壞。隨著生物修復技術的逐漸成熟，微生物修復技術在石油污染治理方面將逐漸成為核心技術，成為當今去除石油污染的主要途徑。展望未來，在石油污染土壤的治理過程中，應將微生物修復技術與物理、化學處理技術相結(jié)合，同時做好高效微生物菌株的篩選、構(gòu)建以及環(huán)境條件的優(yōu)化。石油污染土壤的微生物修復技術的進一步研究與應用，必將對中國石油工業(yè)的發(fā)展與環(huán)境保護得實施產(chǎn)生深遠的影響。

參考文獻

[1]李慧.石油烴污染對稻田土壤微生物生態(tài)系統(tǒng)的影響[D].沈陽：中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所，2005.

[2]吳維中，劉鈞枯.謝重閣，等.沈撫污水灌區(qū)礦物油污染綜合治理研究[C].中國環(huán)境科學學會，中國農(nóng)學會.全國污水灌溉和環(huán)境學術討論會討論選集[C].北京：1982.106-115.

[3]馬志華.石油對海洋環(huán)境造成的污染究竟有多大[J].森林與人類，2002（12）：8-9.

[4]郭江峰，孫錦荷.污染土壤生物治理研究方法[J].環(huán)境科學進展，1995，3（5）：62-68.

[5]Mills S A.Evaluation of phosphorus source bioremediation of diesel fuel in soil[J].Rull Environ Contam Toxicol，1994，53（2）：280-284.

[6]李寶明.石油污染土壤微生物修復的研究[D].北京：科學出版社，2001，309-368.

[7]李培軍，郭書海，孫鐵布，等.不同類型原油污染土壤生物修復技術研究[J].應用生態(tài)學報，2002，13（11）：1455-1458.

[8]羅洪君，王緒遠，趙騫，等.不同類型原油污染土壤生物修復技術研究[J].四川環(huán)境，2007，26（3）：13.

[9]張寶良.油田土壤石油污染與原位生物修復技術研究[D].黑龍江大慶： 大慶石油學院，2007.

[10]李洪敏，王萍，姚輝，等.石油污染生物降解的研究進展[J].科技信息，2013，7：58.

[11]張秀霞，滕芝，吳佳東，等.激活劑對石油污染土壤修復的強化作用及修復條件的優(yōu)化[J].石油學報，2013，29（2）：353-358.

[12]單金玉，賈瑩，劉健，等.兩株假單胞菌對烴的作用及其協(xié)同效應[J].微生物學通報，2002，29（4）：55-58.

[13]丁克強，尹睿，劉世亮，等.石油污染土壤堆制微生物降解研究.應用生態(tài)學報，2002，13（9）：1 137-1 140.

[14]Costa S G，Nitschke M，Haddad R，et al.Production of Pseudomonas aeruginosa LBI rhamnolipids following growth on Brazilian native oils[J].Process Biochemistry，2006（2）：483-488.

（責編：張長青）endprint