石油污染土壤微生物修復(fù)技術(shù)

程浩 劉海濤 范海波

陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)寶雞分公司 陜西 西安 710000

石油是指氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)的烴類(lèi)混合物。石油又分為原油、天然氣、天然氣液及天然焦油等不同形式，通常情況下又會(huì)把“石油”定義為“原油”[1]。近些年來(lái)，石油行業(yè)迅猛發(fā)展，石油在開(kāi)采、運(yùn)輸、加工等過(guò)程中不可避免會(huì)發(fā)生泄漏，例如原油遺撒、含油污水違規(guī)排放等。石油污染會(huì)對(duì)自然環(huán)境如海洋、陸地等造成破壞。其中，土壤作為自然界的一部分，其調(diào)節(jié)功能、農(nóng)作物生產(chǎn)、動(dòng)植物棲息地功能等方面不容小覷。而石油污染會(huì)對(duì)土壤環(huán)境造成嚴(yán)重的影響。已有研究證實(shí)，石油污染不僅會(huì)對(duì)土壤造成嚴(yán)重的破壞，且石油污染產(chǎn)生的有害物質(zhì)會(huì)經(jīng)由植物的生長(zhǎng)作用進(jìn)入植物中，經(jīng)食物鏈被人體所吸收，從而危害人的身體健康。因此石油污染土壤修復(fù)工作刻不容緩。

目前，石油污染土壤修復(fù)技術(shù)尚處于發(fā)展階段，常用的有物理、化學(xué)和生物修復(fù)方式。但相較于前兩種方式，生物法在成本投入和修復(fù)效率等方面優(yōu)勢(shì)明顯，已獲得了廣泛的應(yīng)用，同時(shí)，石油污染的技術(shù)方法也在與時(shí)俱進(jìn)不斷創(chuàng)新。本文從石油污染土壤的危害及常見(jiàn)的修復(fù)方法出發(fā)，重點(diǎn)分析了石油污染土壤修復(fù)技術(shù)中的微生物技術(shù)，以期為我國(guó)的石油污染土壤修復(fù)工作提供技術(shù)支持。

一、石油污染土壤的危害

眾所周知，石油具有含碳量高、有機(jī)物質(zhì)豐富、疏水性極強(qiáng)、黏滯系數(shù)比較高、石油的密度更是小于水的密度等特性。石油在原油開(kāi)采、儲(chǔ)藏運(yùn)輸及加工過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)泄漏問(wèn)題，對(duì)周?chē)牡叵滤蛲寥涝斐苫蚨嗷蛏俚钠茐?。?duì)土壤而言，當(dāng)受到石油污染時(shí)，會(huì)對(duì)土壤的物理、化學(xué)還是生物學(xué)方面都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，抑制植物的生長(zhǎng)發(fā)育和危害人類(lèi)的生命安全[2]。由于石油的污染物有疏水性，密度小，黏著力更強(qiáng)等特點(diǎn)，就導(dǎo)致石油污染物會(huì)與土壤微粒粘起來(lái)，土壤的孔道會(huì)發(fā)生堵塞，嚴(yán)重影響了土壤的通氣透水相關(guān)能力；而且石油泄漏到土壤中還能繼續(xù)滲透和侵蝕到土層中，促使土壤的整體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，土壤產(chǎn)生鹽漬化和板結(jié)化的機(jī)會(huì)增多；同時(shí)石油污染會(huì)使土壤整體的含水率發(fā)生極速降低，土壤持水和供水能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于正常水平，這對(duì)于干旱半干旱地區(qū)農(nóng)作物的相關(guān)生長(zhǎng)發(fā)育是一個(gè)致命的打擊；石油進(jìn)入土壤也會(huì)導(dǎo)致土壤中存在的有效態(tài)氮的含量和有效態(tài)磷的含量逐漸降低，嚴(yán)重影響了土壤中的微生物進(jìn)行生長(zhǎng)和繁殖，微生物的整體群落結(jié)構(gòu)也會(huì)隨之而進(jìn)行調(diào)整和改變，破壞了整個(gè)土壤環(huán)境的生態(tài)平衡。

二、常見(jiàn)的石油污染土壤恢復(fù)技術(shù)

（一）利用物理法進(jìn)行石油污染土壤恢復(fù)

1、采用焚燒法進(jìn)行石油污染的土壤恢復(fù)：可以通過(guò)使用焚燒爐和一些熱解設(shè)備在高溫中把石油污染的土壤進(jìn)行消解工作。該技術(shù)能夠把污染物中的大多數(shù)有害物質(zhì)去除，效果不錯(cuò)，但是焚燒法需要投入的成本教高，投資更多，更加適用被石油污染嚴(yán)重和污染面積較小的石油污染土壤的恢復(fù)工作中，利用該方法還要求溫度必須保持在815℃~1200 ℃之間，而且一些污泥進(jìn)行焚燒時(shí)還要添加助燃劑如柴油或污油去輔助進(jìn)行燃燒，雖然會(huì)產(chǎn)生巨大的熱量，但是這些熱量并不能回收和二次利用，在焚燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生空氣污染如大量灰塵，導(dǎo)致對(duì)焚燒裝置的利用率偏低[3]。

2、采用固化法進(jìn)行石油污染的土壤恢復(fù)：該技術(shù)是應(yīng)用惰性材料如水泥、黏土等一些固化材料把石油污染的土壤進(jìn)行單獨(dú)的固化或者包覆隔離起來(lái)，減少對(duì)環(huán)境的危害作用，保證運(yùn)輸安全和處置安全的處理方法。適用于對(duì)一些危險(xiǎn)廢物、放射性廢物的處置工作中。固化法操作簡(jiǎn)單且成本較低，但不能用于長(zhǎng)期治理，多適用于需要進(jìn)行緊急處理的石油土壤污染。

3、采用換土法進(jìn)行石油污染的土壤恢復(fù)：可以把受到污染的土壤采用沒(méi)有受到污染的土壤進(jìn)行替換和將污染物的濃度進(jìn)行稀釋的方法。

（二）利用化學(xué)法進(jìn)行石油污染土壤恢復(fù)

采用萃取法進(jìn)行石油污染的土壤恢復(fù)：指采用有機(jī)溶劑萃取出土壤中含有的石油污染物。多數(shù)適用于泥沙多、顆粒小和含油率 10%~20%的鉆井巖屑的含油污泥處理工作中，該技術(shù)的脫油率能夠達(dá)到90%，但是需要消耗的能源多、投入的成本高、對(duì)萃取劑的使用量特別大等特點(diǎn)，可以應(yīng)用到石油污染濃度高的土壤的回收原油的工作中[4]。

采用土壤洗劑法進(jìn)行石油污染的土壤恢復(fù)：指把污染物利用添加一些表面活性劑、酸或堿的水溶液進(jìn)行充分混合，在適合的溫度下污染的土壤進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和熱洗。多數(shù)用于大規(guī)模的污染區(qū)域治理工作中，但是整套的操作流程比較復(fù)雜、對(duì)于設(shè)備的使用量比較大、消耗的能源多、費(fèi)用比較高、容易造成二次污染等。

（三）采用生物修復(fù)法進(jìn)行石油污染土壤恢復(fù)

指對(duì)利用植物和微生物對(duì)污染物進(jìn)行一些吸收、轉(zhuǎn)化等工作，把污染物進(jìn)行清除的技術(shù)方法。采用該技術(shù)方法可以在不破壞土壤原本生態(tài)結(jié)構(gòu)和不影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育前提下對(duì)石油污染的土壤進(jìn)行恢復(fù)工作，而且整個(gè)污染物的轉(zhuǎn)化過(guò)程只需要常溫常壓下利用酶促反應(yīng)就可以有效的進(jìn)行，促使全部的處理過(guò)程消耗的能源更少、投入的成本更低，方法簡(jiǎn)單等，也讓利用微生物技術(shù)進(jìn)行土壤微生物恢復(fù)工作成為最有前景的技術(shù)手段之一。工作原理是石油污染物進(jìn)入到降解微生物的細(xì)胞膜后，通過(guò)三種同化作用好氧呼吸、厭氧呼吸和發(fā)酵作用進(jìn)行降解。通常情況下，要充分利用好生物對(duì)石油污染物的降解作用，向受到石油污染的土壤中添加植物或者微生物。

三、土壤污染的微生物恢復(fù)技術(shù)

采用投菌法進(jìn)行微生物恢復(fù)：指向被污染的土壤投放外源的高效降解菌和提供微生物生長(zhǎng)所需要的一系列營(yíng)養(yǎng)，包括大量的常量營(yíng)養(yǎng)元素和一些微量的營(yíng)養(yǎng)元素。常量營(yíng)養(yǎng)元素主要有氮、磷、硫、鈣、鎂、鐵等，而且氮和磷更是利用土壤微生物進(jìn)行治理相關(guān)系統(tǒng)中最為重要的營(yíng)養(yǎng)元素。

采用生物培養(yǎng)法進(jìn)行微生物恢復(fù)：指需要定期向污染的土壤中投放營(yíng)養(yǎng)和氧，來(lái)滿足被污染的環(huán)境中存在的降解菌的生存條件，逐漸提高土著微生物的代謝能力，最終將污染物徹底消除，而且由于土著微生物是已經(jīng)充分地適應(yīng)了土壤中污染物的存在，所以人工添加的外源微生物是不會(huì)與土著微生物產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，但需要注意的是只有在現(xiàn)存微生物已經(jīng)根本不能降解污染物的前提下在引入外源微生物，以防留下任何破壞環(huán)境安全的隱患。

采用生物通氣法進(jìn)行微生物恢復(fù)：指在被污染的土壤上打出至少兩口井，還要安裝鼓風(fēng)機(jī)和抽真空機(jī)，把外界空氣強(qiáng)進(jìn)排入到被污染的土壤中，然后在進(jìn)行抽出的一種強(qiáng)迫氧化的微生物降解方法。而且在通入空氣時(shí)，可以選擇添加適量的氨氣，確保能夠?yàn)橥寥乐械慕到饩峁┗舅枰牡貭I(yíng)養(yǎng)前提下，也能夠增加微生物降解的能力。但是該技術(shù)方法在操作過(guò)程中會(huì)受到不同土壤結(jié)構(gòu)的影響，如果遇到不合適的土壤結(jié)構(gòu)就會(huì)導(dǎo)致外界提供的氧氣和營(yíng)養(yǎng)元素還沒(méi)有到指定的污染區(qū)域之前就全部被損耗，所以這種方法適用于具有多孔結(jié)構(gòu)的石油土壤污染的恢復(fù)工作中。

采用土壤耕作法進(jìn)行微生物恢復(fù)：指采用耕作機(jī)械，定期把污染物與營(yíng)養(yǎng)物、細(xì)菌和空氣進(jìn)行接觸，使上部處理帶能夠處于良好的好氧狀態(tài)。而且該方法可以節(jié)約成本，更加適用于石油工業(yè)廢物和污泥的處理工作，揮發(fā)性有機(jī)物有可能造成空氣污染，導(dǎo)致了難降解物質(zhì)會(huì)緩慢積累，從而增加了土壤的毒性，不能保證治理好土壤環(huán)境的安全性。

采用土壤堆腐法進(jìn)行微生物恢復(fù)：是一種和土壤耕作法進(jìn)行微生物恢復(fù)類(lèi)似的技術(shù)手段，區(qū)別是該方法添加了土壤調(diào)理劑為微生物的生長(zhǎng)繁殖和石油污染物進(jìn)行降解提供了能量。固體調(diào)理劑可以是干草、劉割草、樹(shù)葉、木屑、麥稈或肥料等等，加入土壤調(diào)理劑不僅僅提高了土壤的滲透能力，還能增加氧的運(yùn)輸能力，更好的改良了土壤的質(zhì)地，營(yíng)造一個(gè)微生物種群去提供相應(yīng)的能量來(lái)源。與此同時(shí)，該方法還能夠減少石油污染土壤的處理時(shí)間，通常情況下是需要1~4個(gè)月。

采用預(yù)制床法進(jìn)行微生物恢復(fù)：指通過(guò)在不泄漏的平臺(tái)上進(jìn)行鋪石子和沙子，把已被污染的土壤在大約15~30cm的厚度上及逆行平鋪，再添加一定的營(yíng)養(yǎng)物和水，也可以選擇添加一些表面活性劑等物質(zhì)，經(jīng)常的翻動(dòng)土壤來(lái)不斷的補(bǔ)充氧氣，滿足好土壤中微生物的生長(zhǎng)繁殖需要。但在整個(gè)處理過(guò)程中流出的滲濾液，需要回灌到該土層，確保徹底清除污染物。

結(jié)束語(yǔ)

石油污染土壤這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)對(duì)整個(gè)國(guó)家乃至全球范圍的生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步帶來(lái)了嚴(yán)重的不良影響，因此處理好石油污染土壤環(huán)境情況刻不容緩，無(wú)論是國(guó)家還是人民群眾都要充分認(rèn)識(shí)到問(wèn)題的嚴(yán)重性，加大對(duì)石油污染土壤的研究工作力度。而且要時(shí)刻牢記國(guó)家對(duì)生態(tài)環(huán)境建設(shè)和保護(hù)的決心，保護(hù)好地球這個(gè)人類(lèi)賴以生存的地方，讓石油產(chǎn)品在滿足人類(lèi)生產(chǎn)生活的需求基礎(chǔ)上，更不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，這就需要因地制宜，選擇適合當(dāng)?shù)氐奈廴就寥赖闹卫矸椒ā?/p>