石油烴污染土壤的微生物修復(fù)技術(shù)研究現(xiàn)狀

劉夢儒，王春勇，侯昕彤，朱博

（遼寧工業(yè)大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧 錦州121001）

隨著我國石油行業(yè)的蓬勃發(fā)展，石油的開采、加工等過程產(chǎn)生了大量廢水、廢渣和廢氣等。其中廢水排放、廢渣堆放、廢氣沉降以及石油的滲漏等對土壤造成了不同程度的污染[1-2]。石油企業(yè)土壤污染物種類較多，以有機(jī)物為主。當(dāng)污染物進(jìn)入到土壤后，可能會影響土壤質(zhì)地、壓實(shí)度、滲透阻力，土壤肥力以及土壤重金屬含量等，還可能污染地表水以及地下水[3-5]。此外，污染物還可能會改變生物和微生物種群結(jié)構(gòu)，破壞土壤生態(tài)系統(tǒng)等[6]。石油企業(yè)污染土壤中污染物還可以通過呼吸、皮膚接觸等進(jìn)入人體，引起接觸性皮炎、視覺和聽覺幻覺障礙以及胃腸道疾病，以及增加兒童患白血病的風(fēng)險(xiǎn)等危害[7]。因而，對于石油行業(yè)引起的土壤污染問題亟需解決。

土壤微生物能夠促進(jìn)土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)換和能量流動等[8-9]。在對石油行業(yè)污染土壤進(jìn)行修復(fù)過程中，可以利用微生物或某些微生物過程去除或降解污染物。微生物可以將有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水等，或者將復(fù)雜有機(jī)物轉(zhuǎn)化成簡單有機(jī)物[7]。

微生物修復(fù)既可以進(jìn)行污染點(diǎn)的原位修復(fù)，又可以進(jìn)行異位修復(fù)。原位修復(fù)法，如直接投菌（像化工企業(yè)污染土壤直接投放降解菌，并提供營養(yǎng)物質(zhì)）、生物培養(yǎng)和生物曝氣等[10]。異位修復(fù)主要是將污染土壤取出，通過堆腐法、生物反應(yīng)器等在微生物的作用下修復(fù)污染土壤[10]。目前在國內(nèi)外開展的石油污染土壤修復(fù)工作中，微生物修復(fù)已經(jīng)取得顯著生態(tài)效益和應(yīng)用前景[11]。

1 石油企業(yè)土壤污染物——石油烴

石油烴主要由碳和氫兩種元素組成，其組分能占到石油成分的95%以上，包含飽和烴、芳香烴、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)[12-13]。石油烴在土壤中具有疏水性和難降解性，因而其對土壤生態(tài)環(huán)境的危害較為持久[13]。根據(jù)我國發(fā)布的《全國土壤污染調(diào)查公報(bào)》顯示，我國石油產(chǎn)區(qū)中石油烴是主要土壤污染物之一[14]。

目前針對石油烴污染土壤的修復(fù)技術(shù)有物理法、化學(xué)法和生物法。物理修復(fù)和化學(xué)修復(fù)法成本高，容易造成二次污染。而生物法中的微生物修復(fù)法則具有環(huán)境友好和不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)，因而逐漸得到廣泛應(yīng)用。

2 石油烴污染土壤微生物修復(fù)

2.1 生物刺激技術(shù)

生物刺激技術(shù)主要是指通過外源添加營養(yǎng)物質(zhì)和電子受體等，促進(jìn)土壤中某些能降解石油烴微生物的繁殖與生長，從而促進(jìn)微生物對污染土壤的修復(fù)[11]。侯爽爽[15]研究了有機(jī)肥對石油烴污染黃綿土的刺激修復(fù)效果，研究結(jié)果表明滅菌和非滅菌的有機(jī)肥都能提升土壤微生物數(shù)量和活性，并促進(jìn)土壤中石油烴的去除。李振偉[16]等通過添加NH4NO3和木屑等研究了通過生物刺激白腐真菌降解勝利油田附近采集的石油烴污染土壤效果，研究結(jié)果表明NH4NO3添加量為1 g·kg-1時(shí)，白腐真菌對石油烴的降解率達(dá)到22.88%，而木屑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí)，降解率達(dá)到23.77%。WU[17]等研究了添加營養(yǎng)物質(zhì)氮和磷生物刺激修復(fù)石油烴污染土壤，研究結(jié)果表明培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到6 周后，石油烴降解了60%。

上述研究都是基于室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)開展的生物刺激法研究。生物刺激法在使用過程中，受環(huán)境影響較大，因而修復(fù)效果差異較大，且投加外源刺激物時(shí)，必須適量才能保證最佳修復(fù)效果，這些都限制了生物刺激法在實(shí)際修復(fù)中的工程應(yīng)用[11]。

2.2 外源添加降解菌修復(fù)技術(shù)

外源添加降解菌對石油烴污染土壤的修復(fù)，主要是指通過菌株與污染土壤培養(yǎng)或者將菌株制成菌劑向污染土壤進(jìn)行投加。相關(guān)研究已經(jīng)開展，例如吳蔓莉[18]等通過向石油污染土壤中加入石油烴降解菌（菌種GQ-1 等）菌液開展培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，研究了外源添加菌株對已經(jīng)形成污染土壤的修復(fù)，研究結(jié)果表明經(jīng)過13 周的修復(fù)后，污染土壤中的石油烴去除率可達(dá)42.3%，展現(xiàn)出良好的修復(fù)效果。袁婧[19]選用了12 株降解菌修復(fù)油井周圍污染土壤，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明經(jīng)過91 天修復(fù)，石油烴去除率達(dá)到了42.3%。田西昭[20]等通過復(fù)配降解菌群（包含萘降解菌和蒽降解菌等）結(jié)合振蕩培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)研究了沿海石油坑污染土壤的修復(fù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明復(fù)配降解菌群對石油烴提取液的降解率能達(dá)到 82%。GARGOURI[21]等從煉油廠廢水的連續(xù)攪拌罐反應(yīng)器中分離了微生物菌群，將其用于修復(fù)石油烴污染土壤，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明上述微生物菌群能將土壤中石油烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)從 63.4 mg·g-1降到 2.5 mg·g-1。MUKHERJEE[22]等研究了添加外源菌株枯草芽孢桿菌Bacillus subtilisDM-04 和銅綠假單胞菌Pseudomonas aeruginosaM 和Pseudomonas aeruginosaNM 修復(fù)石油烴污染土壤，研究結(jié)果表明接種180 天后，與對照土壤相比，添加外源菌土壤中石油烴降解達(dá)到了76%。外源添加降解菌修復(fù)技術(shù)的關(guān)鍵是需要篩選出高效的石油烴降解菌，通過使用單一菌株或者混合菌株開展修復(fù)工作[23]。

然而外源添加降解菌修復(fù)技術(shù)在實(shí)際土壤修復(fù)過程中，投加微生物可能與待修復(fù)土壤中土著微生物產(chǎn)生競爭關(guān)系，也可能出現(xiàn)無法適應(yīng)土壤環(huán)境而失活等情況，從而影響修復(fù)效果[23]。

2.3 微生物固定化修復(fù)技術(shù)

微生物固定化修復(fù)技術(shù)主要是指利用載體固定微生物對污染土壤進(jìn)行修復(fù)[13]。此技術(shù)可顯著提高污染物的去除效率，并且載體材料多樣化，可以循環(huán)使用。微生物固定修復(fù)土壤石油烴的載體材料包括無機(jī)材料、有機(jī)材料和復(fù)合材料等。載體搭載的微生物主要是已經(jīng)篩選出的能降解石油烴的細(xì)菌、真菌和放線菌等[13]。

石麗芳[24]等使用了蘆葦生物炭固定石油烴降解混合菌劑修復(fù)土壤，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明此種固定化微生物修復(fù)技術(shù)能在40天去除土壤中55.01%石油烴。白鷺[25]等研究表明微生物固定化修復(fù)技術(shù)對石油烴的降解能力普遍高于游離降解菌，其中秸稈固定化微生物比單獨(dú)降解菌降解效率高40%以上。ZHANG[26]等使用了蘑菇基質(zhì)制備生物炭并搭載微桿菌屬M(fèi)icrobacteriumH3 修復(fù)石油烴污染土壤，研究結(jié)果顯示此種固定技術(shù)能有效地降低土壤石油烴濃度。CUI[27]等研究了微桿菌、頭葡萄球菌、芽胞桿菌和藤黃微球菌等對人工老化石油烴污染土壤的修復(fù)，研究結(jié)果表明上述菌株的添加提升了35.59%石油烴去除率。微生物固定化修復(fù)技術(shù)通常固定化時(shí)間長，可能會影響微生物的活性。而固定化的添加劑也會對微生物產(chǎn)生不確定影響，從而影響固定化效果[13]。

2.4 微生物-植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

微生物-植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)主要是基于微生物和植物復(fù)合體系，并利用二者間相互作用來修復(fù)石油烴污染土壤[28]?？椎驴礫29]等使用了小麥和紫花苜蓿各自結(jié)合高效降解菌DG17 修復(fù)天津大港油田石油烴污染土壤，研究結(jié)果表明經(jīng)過70 天的修復(fù)，小麥結(jié)合菌株DG17 能使石油烴降解20.59%。張麗[30]等研究了含氮磷肥料、混合菌系PAH-M 結(jié)合堿蓬對天津油田區(qū)土壤的修復(fù)，研究結(jié)果表明上述組合對石油烴的降解率最高為47.3%。KIAMARSI[31]等研究了香根草（Vetiveria zizanioidesL.）結(jié)合混合石油烴降解菌（包含假單胞菌和芽孢桿菌等）修復(fù)人工老化的石油污染土壤，結(jié)果表明此種結(jié)合法能降解57.5%～84.6%的石油烴。此外，已有研究表明微生物-植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)中某些植物還可以與根際微生物產(chǎn)生協(xié)同作用來修復(fù)石油烴污染土壤[32-34]。然而，目前微生物-植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)大多停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段，后續(xù)開展實(shí)際場地修復(fù)，仍需進(jìn)一步研究[35]。

3 結(jié)論與展望

本文綜合論述了石油烴污染土壤微生物修復(fù)技術(shù)的研究，包括生物刺激技術(shù)、外源添加降解菌修復(fù)技術(shù)、微生物固定化修復(fù)技術(shù)以及微生物-植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)。土壤微生物作為土壤生態(tài)系統(tǒng)關(guān)鍵的組成部分一直都是相關(guān)研究的熱點(diǎn)，隨著微生物研究方法和技術(shù)手段的不斷創(chuàng)新，針對石油烴污染的微生物修復(fù)技術(shù)也將進(jìn)一步發(fā)展。未來可以結(jié)合基因工程等手段，培育更高效的石油烴降解微生物，提升對石油烴污染土壤的修復(fù)效果。