石油開采區(qū)地下水污染微生物凈化方法

狄 娜

(克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 克拉瑪依 834000)

0 引言

在石油開采區(qū)，由于開采過程的操作不當(dāng)或相關(guān)設(shè)施出現(xiàn)故障等原因，都會導(dǎo)致石油外漏，在滲透作用下逐漸與地下水匯合，造成地下水污染問題[1-2]。從微觀角度分析，石油不僅會危害人體健康，還會通過污染地下水影響作物的產(chǎn)值[3]；從宏觀角度分析，其對于區(qū)域生態(tài)環(huán)境的長期發(fā)展也是極為不利的[4]。除此之外，地下水受到石油污染后，對于水生動植物的生存也會起到一定的負面作用[5]。由此不難看出，對石油開采區(qū)地下水污染進行有效的凈化治理是十分必要的。

為此，本文對石油開采區(qū)地下水污染微生物凈化方法進行研究。首先分析了石油開采區(qū)地下水污染具體情況，包括污染方式、污染源構(gòu)成等；其次，以某石油開采區(qū)的地下污水作為測試對象，將生物炭作為凈化微生物的載體，測試草芽孢桿菌等多種微生物群體在凈化周期內(nèi)采用不同比例對石油污染物的凈化效果；最后，總結(jié)出石油污染物的最佳凈化方式，以期為實際的石油水污染治理工作提供有價值的參考。

1 石油開采區(qū)地下水污染分析

為了實現(xiàn)對石油開采區(qū)地下水污染的有效凈化處理，需要提高相關(guān)凈化措施的針對性。為此，應(yīng)對石油污染的污染源構(gòu)成、污染形式、污染原因進行分析[6]。石油污染的原因[7]主要是石油的不科學(xué)勘探和開采造成石油和衍生產(chǎn)品未經(jīng)凈化處理泄漏入水中。在一般情況下，石油及其衍生產(chǎn)品的主要污染形式是非水性流體破壞地下水的化學(xué)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致污染。當(dāng)石油非水性流體的密度高于水時，將透過地上土層和地下含水層，滲入隔水層從而污染地下水。污染物在隔水底板上流動，在橫向上不斷擴展到更大范圍。在此過程中，石油非水性流體在穿透地下孔隙時受到束縛，部分污染成分如揮發(fā)酚類物、硫化物、氯化物等溶解在土壤中，造成持續(xù)性污染。

2 基于微生物的石油污染地下水凈化

2.1 測試材料

試驗水采用某石油開采區(qū)的地下污水，在進行凈化處理前，對水體的主要污染物構(gòu)成情況進行檢測，得到的數(shù)據(jù)結(jié)果如表1所示。

表1 試驗水樣有害物質(zhì)檢測結(jié)果統(tǒng)計表(mg/L)

從表1中可以看出，在本文設(shè)置的試驗水樣中，各污染物檢測結(jié)果存在一定的差異。硫化物標準含量為0.10 mg/L，揮發(fā)酚標準含量為0.10 mg/L，氯化物標準含量為0.50 mg/L，液相石油類物質(zhì)標準含量為10.00 mg/L。對上述檢測結(jié)果進行分析可以看出，水樣中的各污染物均出現(xiàn)了不同程度的超標情況。

2.2 微生物載體的制備

采用限氧升溫熔融炭化法在200 ℃～500 ℃的溫度條件下對其進行碳化處理。為了最大限度確保其炭化程度的完全性，時間不宜低于 4個小時。在此基礎(chǔ)上，當(dāng)其冷卻至室溫后，可以按照地下水中液相石油類物質(zhì)的含量對生物碳的粒度進行差異化設(shè)置。在一般情況下，液相石油類物質(zhì)含量低于60 mg/L，生物炭的粒度達到30目即可；當(dāng)液相石油類物質(zhì)含量達到60 mg/L以上時，生物炭的粒度以80 目為宜；當(dāng)液相石油類物質(zhì)含量達到150 mg/L以上時，生物炭的粒度需要達到200 目。

2.3 測試方法

結(jié)合上一節(jié)的分析可以看出，石油對地下水的污染源包括原始液相狀態(tài)的石油類物質(zhì)，針對該類物質(zhì)的特性[8]，本文采用以生物碳為載體的草芽孢桿菌，多食鞘氨醇桿菌和抗輻射不動桿菌實現(xiàn)對其吸附降解，通過這樣的方式確保地下水潔凈。

對于生物碳的選擇，考慮到石油本身的黏性較大，在地下水的沖擊作用下，其會呈現(xiàn)出一定的油膜包裹形態(tài)，以相對獨立的形式擴散。因此，本文分別將枯草芽孢桿菌，多食鞘氨醇桿菌和抗輻射不動桿菌以不同比例進行混合。除此之外，就是具體的使用方式[9]，為了最大限度發(fā)揮生物炭的作用[10]，一般以定點埋施的方式進行，具體的使用量需要結(jié)合地下水的污染程度進行差異化設(shè)置，計算方式可以表示為

V=λ(P-p)

(1)

其中，V表示單位面積微生物的使用量，λ表示生物炭的吸附系數(shù)，P表示地下水中液相石油類物質(zhì)的含量，p表示液相石油類物質(zhì)的標準含量。

通過這樣的方式，確保微生物能夠?qū)崿F(xiàn)對地下水中石油類污染物質(zhì)的全面降解。

在此基礎(chǔ)上，分別采用松針、稻草及玉米芯對應(yīng)的生物炭對測試水樣進行凈化處理，其具體的配比如表2所示。

表2 微生物構(gòu)成比例設(shè)置

按照表2所示的配化，分別在方法實施后的10 d、20 d、30 d、60 d、90 d對測試水樣的污染物含量進行檢測，觀察凈化效果。

3 凈化效果分析

3.1 硫化物凈化效果與分析

利用草芽孢桿菌，多食鞘氨醇桿菌和抗輻射不動桿菌對應(yīng)的微生物群體對水樣進行凈化處理后，硫化物含量的變化情況如表3所示。

表3 試驗水樣硫化物檢測結(jié)果統(tǒng)計表(mg/L)

從表3中可以看出，按照硫化物標準含量0.10 mg/L為基準對7組測試結(jié)果進行分析。測試組2，測試組3及測試組7在90 d內(nèi)的凈化效果未能得到標準；在實施凈化措施后的10 d，測試組6的硫化物含量下降幅度最大；在90 d時，測試組4，測試組5及測試組6的硫化物含量均遠遠低于標準含量，達到0.05 mg/L以下。

3.2 揮發(fā)酚凈化效果與分析

利用草芽孢桿菌，多食鞘氨醇桿菌和抗輻射不動桿菌對應(yīng)的微生物群體對水樣進行凈化處理后，揮發(fā)酚含量的變化情況如表4所示。

表4 試驗水樣揮發(fā)酚檢測結(jié)果統(tǒng)計表(mg/L)

從表4中可以看出，測試組1，測試組4，測試組5以及測試組7在凈化實施60 d后，試驗水樣中揮發(fā)酚已經(jīng)達到標準含量0.10 mg/L。相比之下，在測試組2、測試組3中，揮發(fā)酚含量達到標準的時間開銷均為90 d。在測試組6中，揮發(fā)酚含量未能在90 d測試時間內(nèi)達到標準值以下。

3.3 氯化物凈化效果與分析

利用草芽孢桿菌，多食鞘氨醇桿菌和抗輻射不動桿菌對應(yīng)的微生物群體對水樣進行凈化處理后，氯化物含量的變化情況如表5所示。

表5 試驗水樣氯化物檢測結(jié)果統(tǒng)計表(mg/L)

從表5中可以看出，以氯化物標準含量0.50 mg/L為基準對測試結(jié)果進行分析，僅測試組1在90 d凈化時間內(nèi)未能實現(xiàn)對試驗水樣氯化物的充分降解，其余組別的凈化效果差別并不明顯，90 d的氯化物檢測結(jié)果穩(wěn)定在0.47 mg/L-0.48 mg/L之間。

3.4 液相石油類物質(zhì)凈化效果與分析

利用草芽孢桿菌，多食鞘氨醇桿菌和抗輻射不動桿菌對應(yīng)的微生物群體對水樣進行凈化處理后，液相石油類物質(zhì)含量的變化情況如表6所示。

表6 試驗水樣液相石油類物質(zhì)檢測結(jié)果統(tǒng)計表(mg/L)

從表6中可以看出，7組測試結(jié)果中，僅測試組5和測試組6水樣中的液相石油類物質(zhì)含量達到了標準含量10.00 mg/L以下；測試組3，測試組4和測試組7在凈化90d后的測試結(jié)果接近標準含量10.00 mg/L，分別達到了11.68 mg/L，11.68 mg/L和12.18 mg/L。

4 結(jié)束語

本文提出石油開采區(qū)地下水污染微生物凈化方法研究，結(jié)合石油開采區(qū)地下水污染的主要污染源，有針對性地選擇對應(yīng)的微生物群體，實現(xiàn)了對相關(guān)水體指標的有效改善。經(jīng)實驗得出，對于大多數(shù)污染情況并不顯著的區(qū)域而言，采用合理比例的微生物混合物可以在90天內(nèi)實現(xiàn)對石油污染物的完全凈化處理。因此，相關(guān)部門可以結(jié)合實際情況，可以根據(jù)水體污染物的構(gòu)成對具體的凈化材料進行個性化選擇。