電化學(xué)-微生物-植物聯(lián)合處理工藝修復(fù)低濃度含油污泥的研究

文_張永波 北京神州瑞霖環(huán)境技術(shù)研究院有限公司

含油污泥按照《按照國家危險廢物名錄》屬于HW08 危險廢棄物，在原油開采、運輸、儲存和煉制過程中會大量產(chǎn)生。

含油率較高的污泥因具有一定的原油回收價值，一般可通過熱解處理或調(diào)質(zhì)離心技術(shù)進行資源化利用，而對于含油率較低（5%左右及以下）的含油污泥，一般可直接通過無害化技術(shù)進行處理。微生物-植物-電化學(xué)聯(lián)合處理方法既可利用植物/微生物的環(huán)境友好、經(jīng)濟實用的特性，又能采用電場對生物處理進行強化，具有很好的開發(fā)和應(yīng)用前景。

1 電化學(xué)-微生物-植物聯(lián)合處理工藝技術(shù)分析

1.1 微生物處理技術(shù)原理

含油污泥中石油降解菌以石油烴類作為唯一碳源進行增殖，將石油烴類進行吸附降解并最終完全碳化。石油成分復(fù)雜，包括烷烴、環(huán)烷烴、芳烴等，其降解性因其所含烴的結(jié)構(gòu)和分子大小而不同，導(dǎo)致降解效果存在差異；其中直鏈烷烴最容易降解，相反環(huán)狀芳烴類結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，二、三環(huán)芳香烴較容易降解，五環(huán)及以上很難被降解，速度也比較緩慢。

1.2 植物修復(fù)技術(shù)原理

該技術(shù)原理主要是植物轉(zhuǎn)化或植物降解作用，通過植物體內(nèi)的新陳代謝作用將吸收的石油烴污染物進行分解，或者通過植物分泌出的化合物（例如各種酶等）的作用對植物外部的污染物進行分解。同時，植物也有很強的吸附作用，其羽裝根系具有強烈的吸持作用，可以將有機污染物吸附在根系表面及周圍的土壤中，從而使其無法發(fā)生運移，這種特點也使得植物修復(fù)技術(shù)于同生物修復(fù)技術(shù)進行聯(lián)合，發(fā)揮更強的耦合作用。

1.3 電化學(xué)處理技術(shù)原理

電化學(xué)處理是一項新興的含油污泥處理技術(shù)，通過電滲析、電遷移和電泳等聯(lián)合作用進行含油污泥的降解。在實際的修復(fù)過程中，當(dāng)土壤中插入電極后會發(fā)生類似水的電解的反應(yīng)。土壤中的石油烴類污染物在電場作用下隨土壤孔隙液產(chǎn)生定向移動，并在電極附近發(fā)生一系列氧化還原反應(yīng)，類似裂解與水解酸化反應(yīng)最后生成CO2+H2O。

1.4 聯(lián)合處理技術(shù)原理

目前國內(nèi)外常用的生物聯(lián)合處理方法包括電化學(xué)-微生物耦合處理技術(shù)和微生物-植物聯(lián)合處理技術(shù)。

微生物-電化學(xué)法是一種將電場與生物法相結(jié)合的技術(shù)，在適當(dāng)?shù)碾妶鲎饔孟?，為微生物改變了原有的電位差，破壞微生物?xì)胞內(nèi)外的離子量，從而加快了微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的利用，同時電化學(xué)修復(fù)時會發(fā)生類似于電解水的反應(yīng)，陰極陽極會產(chǎn)生氧氣、氧氣和一些帶電離子，可被微生物利用提高代謝污染物的能力。

植物-專性降解菌聯(lián)合修復(fù)是在用植物修復(fù)土壤的同時，加入具有強降解能力的專性降解菌，過一系列化學(xué)反應(yīng)將重金屬轉(zhuǎn)化將石油烴降解為無害物質(zhì)，更有效地處理被含油污泥污染的土壤。

2 試驗材料與方法

2.1 試驗材料與儀器

材料：油田經(jīng)離心分離后產(chǎn)生的較低濃度含油污泥；菌劑：由油田周邊土壤及含油污泥中富集分離得到的混合菌系，經(jīng)馴化、純化及擴大培養(yǎng)得到試驗用的混合菌劑；膨松劑采用玉米秸稈粉。

實驗設(shè)備：MAI-50G 型紅外測油儀，F(xiàn)A1004 型分析天平，pH 計、恒溫干燥箱、電控柜、熱電阻、土壤濕度傳感器、加熱箱、300L 小試反應(yīng)箱、2000mm×1200mm×600mm 中試試驗槽、電極棒、電纜。

2.2 試驗方法

為了更加貼近實際的修復(fù)環(huán)境，在自然溫度條件及敞開環(huán)境下進行含油污泥的降解修復(fù)。槽口上部敞開，自然通風(fēng)，槽體底部使用帶孔盤管進行定時鼓風(fēng)，1 天2 次，每次1h。中試含油污泥約1.5t，菌液添加量為7%，膨松劑添加量為5%，充分?jǐn)嚢杌旌虾笱b入試驗槽，料堆高度為500mm。本實驗同時設(shè)置對照組，室溫下自然通風(fēng)，取樣周期同實驗裝置中的樣品一致。

正負(fù)電極間距50cm，采用電控柜輸出直流電，電壓控制在36V，反應(yīng)槽內(nèi)的土壤濕度控制在50%左右；中試試驗槽裝載完畢后，隔天在槽內(nèi)堆體表面撒布四季青草種。

試驗開始后，至少每隔15d 采集污泥樣品檢測含油率變化。

2.3 檢測方法

在修復(fù)開始前以及修復(fù)過程中定期采集油泥樣品，采用烘干稱重法測定含水量，采用紅外測油儀測定含油量。

3 結(jié)果分析

本試驗周期為150d，經(jīng)修復(fù)后的土體上四季青長勢較好，而對照組中草種成活率較小及長勢較差。

含油率5%左右的含油污泥在經(jīng)過60d 左右的生物菌劑+植物修復(fù)+電化學(xué)作用之后，含油率可以降低到2%以下，且撒布的四季青草生長較旺盛；對照組不添加菌劑，灑水濕潤后撒布四季青草種，經(jīng)過90d 后含油率維持在2.8%左右，后期變化不大，且四季青草種發(fā)芽率極低，說明其土壤條件仍然不適合于植物的正常生長。

修復(fù)過程中，在實驗的前15d，反應(yīng)箱和對照組土壤中石油的降解速率都較快，這可能是由于實驗開始階段正處于夏季，氣溫較高，油泥中易揮發(fā)成分在敞開環(huán)境中迅速揮發(fā)所致；試驗開始的15 ～75d，反應(yīng)箱油泥中的石油烴組分在電化學(xué)-微生物-植物的協(xié)同作用下進行降解，分解為無害物質(zhì)。易揮發(fā)組分在開始階段的60d 內(nèi)逐漸揮發(fā)，后期揮發(fā)量逐漸減少。因此，對照組的含油率后期一直維持在2.8%～2.9%。

實驗的90d 之后，含油污泥降解速率趨于平緩，這主要是由于進入10 月中旬以后，因?qū)嶒灥攸c處于北方氣溫逐漸降低，平均溫度只有10℃左右，因而微生物活性以及植物的降解性能大大降低，且后期由于污泥中剩余的高分子石油烴組分較難遷移，從而使得土壤中石油的降解速率趨近于零。

4 結(jié)語

含油污泥處理工藝的選擇要綜合考慮經(jīng)濟性、技術(shù)可靠性和環(huán)境友好性，單獨一種方法很難適應(yīng)含油污泥處理中遇到的各種問題，因此開發(fā)一種適應(yīng)性強且經(jīng)濟可靠的聯(lián)合處理方法迫在眉睫。

在電場強度72V/m，同時添加生物菌劑和膨松劑以及播種四季青草種的試驗條件下，經(jīng)過60d 的修復(fù)后，含油污泥含油率可從5%降低到2%以下，能夠達到《陸上石油天然氣開采含油污泥資源化綜合利用及污染控制技術(shù)要求》的指標(biāo)要求。因此，電化學(xué)-微生物-植物處理工藝作為一種創(chuàng)新性的聯(lián)合處理方法，能夠綜合各工藝的環(huán)境友好和經(jīng)濟可行等優(yōu)點，可以為含油污泥綜合處理提供一種可行的處理方式，具有較好的開發(fā)和應(yīng)用前景。