利用剩余活性污泥修復(fù)石油污染土壤的探索研究

姜曉艷（中國(guó)石油遼河石化公司，遼寧 盤(pán)錦 124022）

利用剩余活性污泥修復(fù)石油污染土壤的探索研究

姜曉艷（中國(guó)石油遼河石化公司，遼寧 盤(pán)錦 124022）

含油剩余活性污泥（EOAS）是煉油污水生化過(guò)程產(chǎn)生的典型固體廢棄物，但含有豐富的微生物資源、有機(jī)質(zhì)以及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。石油污染土壤（PCS）具有較高的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，但由于缺乏兼具技術(shù)與經(jīng)濟(jì)性能的修復(fù)技術(shù)，使得PCS的規(guī)模化修復(fù)難以開(kāi)展。本論文基于“以廢治廢”的思想，實(shí)驗(yàn)性探索了利用EOAS修復(fù)PCS的可行性。研究發(fā)現(xiàn)，EOAS中的石油降解菌群發(fā)揮了對(duì)PCS的修復(fù)作用，降解了＞40%的柴油以及＞20%的原油；而且可對(duì)土壤的有機(jī)質(zhì)與全氮進(jìn)行補(bǔ)充。

石油污染土壤；剩余活性污泥；以廢治廢；修復(fù)

煉油污水生化處理會(huì)副產(chǎn)大量的剩余活性污泥（EOAS），一般作為含油“危固物”被焚燒或填埋[1]。EOAS經(jīng)過(guò)煉油污水的長(zhǎng)期馴化，含有豐富的石油降解菌群，且有機(jī)質(zhì)與總氮含量也會(huì)較高，焚燒或填埋處理會(huì)造成極大的能量損耗與資源浪費(fèi)[2]。環(huán)境污染是石油石化工業(yè)高速發(fā)展的負(fù)面產(chǎn)物之一，中國(guó)存在著嚴(yán)重的土壤石油污染，因其具有污染物種類(lèi)多，潛伏周期長(zhǎng)，擴(kuò)散面積廣，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)高的特點(diǎn)，如果現(xiàn)在不能有效控制，未來(lái)可能進(jìn)一步惡化。針對(duì)不斷增多的石油污染土壤（PCS）案例所帶來(lái)的環(huán)境與健康風(fēng)險(xiǎn)，修復(fù)技術(shù)在研究與實(shí)踐中不斷改進(jìn)和創(chuàng)新。熱解吸、土壤清洗等異位（ex-situ）修復(fù)因周期短、見(jiàn)效快而被廣泛采用，但異位修復(fù)對(duì)土壤原有組成、性質(zhì)及農(nóng)業(yè)生態(tài)功能破壞性較大[3]。發(fā)展兼具清潔、節(jié)能以及生態(tài)友好等特性的微生物原位修復(fù)（in-situ）技術(shù)是未來(lái)趨勢(shì)[4]。為此，本研究擬將EOAS的綜合利用與PCS的微生物原位修復(fù)相結(jié)合，利用石油降解菌群加速修復(fù)，利用有機(jī)質(zhì)與氮源營(yíng)養(yǎng)改善土壤性能。探索一種同步生態(tài)化修復(fù)PCS并生態(tài)化利用EOAS的新途徑。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)樣品

EOAS樣品取自遼河石化公司污水場(chǎng)的剩余污泥濃縮池。模擬石油污染的土壤樣品取自該濃縮池附近區(qū)域的表土層，自然風(fēng)干碾碎后過(guò)篩去除植物根莖和雜草。模擬污染源之一為原油（遼河油田超稠油）；污染源之二為0#柴油，購(gòu)自北京昌平區(qū)某加油站。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

將40g土壤、2g原油或柴油、一定量的EOAS、約5mL的蕎麥殼、0.386g尿素、0.101g磷酸氫二鉀以及10mL蒸餾水混合均勻后置于培養(yǎng)皿內(nèi)，在恒溫恒濕箱內(nèi)（溫度30℃、濕度50%）進(jìn)行培養(yǎng)。每組修復(fù)實(shí)驗(yàn)平行開(kāi)展三次，在0d至90d內(nèi)定期取樣分析。土壤樣品編號(hào)C-PCS表示僅添加原油污染源，D-PCS表示僅添加柴油污染源；編號(hào)C+1A-PCS表示添加原油污染源以及1mL EOAS，D+1A-PCS表示添加柴油污染源以及1mL EOAS；編號(hào)C+10A-PCS表示添加原油污染源以及10mL EOAS，D+10APCS表示添加柴油污染源以及10mL EOAS。

2 結(jié)果與討論

2.1 EOAS及土壤基本性質(zhì)

由表1可知，EOAS樣品具有很高的微生物FDA活性，說(shuō)明存在活性的微生物群落，具有降解石油類(lèi)污染物的潛力；而土壤樣品本身的FDA活性則相對(duì)要低得多。EOAS中有機(jī)質(zhì)與全氮的含量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于土壤基礎(chǔ)值，具有改良土壤的潛力，值得注意的是石油污染物也會(huì)貢獻(xiàn)一部分有機(jī)質(zhì)含量。但是EOAS中的含油量，以及部分重金屬（Cun）含量要遠(yuǎn)高于土壤基礎(chǔ)值，因此EOAS在PCS修復(fù)中的投加量要適度控制。通過(guò)含油量與有機(jī)質(zhì)含量數(shù)據(jù)可以判斷，EOAS中的有機(jī)質(zhì)主要由微生物有機(jī)體所貢獻(xiàn)，石油類(lèi)污染物對(duì)有機(jī)質(zhì)的貢獻(xiàn)率非常低。

表1 EOAS及土壤樣品的基本性質(zhì)分析

圖1 EOAS修復(fù)PCS過(guò)程中微生物數(shù)量（a）與FDA活性（b）變化

Zn Ni mg/kg干土mg/kg干土60．9 17．7 8340 49．1

2.2 微生物數(shù)量與活性變化

EOAS修復(fù)PCS過(guò)程中微生物數(shù)量與FDA活性變化趨勢(shì)見(jiàn)圖1。微生物數(shù)量與活性在修復(fù)初期出現(xiàn)了暫時(shí)下降的現(xiàn)象。隨著微生物種群結(jié)構(gòu)逐漸達(dá)到平衡并適應(yīng)環(huán)境，微生物開(kāi)始加速利用混合土樣中的碳源與營(yíng)養(yǎng)，使得微生物數(shù)量與活性顯著增加[5]。微生物數(shù)量在10-40d內(nèi)、FDA活性在15-55d內(nèi)的修復(fù)期內(nèi)均保持了高位，通過(guò)在PCS中添加EOAS可以增加微生物數(shù)量與活性。增大EOAS添加量對(duì)于改善原油污染土壤中微生物與活性的程度較小，但是對(duì)于柴油污染土壤環(huán)境中微生物與活性改善非常明顯，說(shuō)明碳源類(lèi)型對(duì)微生物功能的發(fā)揮非常重要。

2.3 石油類(lèi)污染物的變化

EOAS修復(fù)PCS過(guò)程中的含油量呈持續(xù)下降的趨勢(shì)（見(jiàn)圖2）。作為空白樣的C-PCS在90d修復(fù)期內(nèi)含油量由32209mg∕kg降至26615mg∕kg?？梢?jiàn)在適宜的環(huán)境條件下，土壤中的土著菌群在馴化后也可以利用石油類(lèi)污染物作為碳源實(shí)現(xiàn)17.4%的降解率。通過(guò)添加不同量的EOAS，C+1A-PCS與C+10A-PCS在90d修復(fù)期內(nèi)對(duì)含油量的降解率僅分別提高至19.4%與20.9%?？瞻讟覦-PCS在60d修復(fù)期內(nèi)含油量由41236mg∕kg降至28637mg∕kg，降解率達(dá)到30.5%。在添加EOAS后，D+1APCS與D+10A-PCS在60d內(nèi)的含油量降解率均可提高至43.4%。輕質(zhì)含油組分是微生物相對(duì)容易利用的碳源，添加少量EOAS就可以實(shí)現(xiàn)微生物接種，利用相對(duì)優(yōu)質(zhì)的碳源快速生長(zhǎng)并實(shí)現(xiàn)對(duì)輕質(zhì)含油組分的降解，通過(guò)增加EOAS改善對(duì)柴油污染土壤的修復(fù)是沒(méi)有必要的。

圖2 EOAS修復(fù)PCS過(guò)程中的含油量變化

2.4 土壤性質(zhì)的變化

有機(jī)質(zhì)含量與土壤性質(zhì)密切相關(guān)，是評(píng)價(jià)土壤肥力的重要指標(biāo)。但由于石油污染物也會(huì)貢獻(xiàn)有機(jī)質(zhì)，因此并不表示有機(jī)質(zhì)含量越高土壤性質(zhì)越好。隨著微生物逐步降解石油污染物及其他可利用碳源，PCS中的有機(jī)質(zhì)含量在EOAS修復(fù)過(guò)程中緩慢下降（圖3）。由于輕質(zhì)石油組分可以被微生物較大程度降解，增加EOAS用量并不影響修復(fù)后柴油污染土壤的最終有機(jī)質(zhì)含量。在添加EOAS后，PCS在修復(fù)終點(diǎn)的有機(jī)質(zhì)含量要明顯高于原始的土壤樣品，有機(jī)質(zhì)含量明顯提高，但其中有小部分比例由含油量所貢獻(xiàn)。氮源含量與植物、微生物的生長(zhǎng)關(guān)系密切。在EOAS修復(fù)PCS過(guò)程中，全氮含量呈持續(xù)下降趨勢(shì)（圖4），恒溫恒濕箱內(nèi)是宏觀的好氧環(huán)境，但在培養(yǎng)皿內(nèi)部存在微觀的缺氧環(huán)境；因此全氮含量可以在微生物的硝化-反硝化作用下有所降低。EOAS投加量對(duì)修復(fù)后土壤中全氮含量的影響并不顯著，但相對(duì)于初始土壤全氮含量已有了明顯的提高。

圖3 EOAS修復(fù)PCS過(guò)程中有機(jī)質(zhì)含量變化

圖4 EOAS修復(fù)PCS過(guò)程中全氮含量變化

3 結(jié)語(yǔ)

上述實(shí)驗(yàn)性探索說(shuō)明了EOAS具有修復(fù)PCS并改善土壤的潛力。在EOAS中石油降解菌群與土壤中本源菌群的共同作用下，可以降解PCS中的輕質(zhì)石油組分，但不能降解PCS中較重的石油組分。在PCS中增大EOAS投加量后，可以改善輕質(zhì)石油組分的降解效率，但對(duì)較重石油組分降解的促進(jìn)效果十分有限。EOAS中豐富的有機(jī)質(zhì)與全氮可為土壤提供適度補(bǔ)充，但同時(shí)也有在PCS中引入外源石油污染物的風(fēng)險(xiǎn)。EOAS修復(fù)PCS的最優(yōu)條件及其負(fù)面影響還需要更詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證。

[1]郭紹輝,彭鴿威,閆光緒,等.國(guó)內(nèi)外石油污泥處理技術(shù)研究進(jìn)展[J],現(xiàn)代化工,2008,28(3):36-39.

[2]趙虎仁,蘇燕京,葉艷,等.石油煉廠含油污泥無(wú)害化處理初步研究[J],石油與天然氣化工,2003,32(6):396-398.

[3]Faisal I.Khan,Tahir Husain,Ramzi Hejazi.An overview and analysis of site remediation technologies[J].Journal of Environ?mental Management,2004,71:95-122.

[4]丁克強(qiáng),孫鐵珩,李培軍.石油污染土壤的生物修復(fù)技術(shù)[J].生態(tài)學(xué)雜志,2000,19(2):50-55.

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姜曉艷（1981-），女，工程師，畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京）環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)，碩士，現(xiàn)從事環(huán)境保護(hù)科研研究工作。