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土壤修复技术:石油污染土壤的植物与微生物修复技术

时间:2020-02-12 14:35

来源:环境工程学报

摘要:石油污染土壤的生物修复技术具有成本低、简便高效、对环境影响小等优点,正逐步成为石油污染治理研究的热点领域,具有广阔的发展前景。介绍了我国的石油污染概况及物修复技术在石油污染治理中的应用,重点对石油污染土壤的微生物修复、植物修复、植物.微生物联合修复技术的研究进展及各自的优点、局限性进行了综述,并提出了石油污染土壤生物修复技术研究的重点领域。

石油污染已成为当今世界性公害之一。据统计,仅石油污染一项每年全世界就有800万t进入环境。石油污染泛指原油和石油初加工产品(包括汽油、煤油、柴油、重油和润滑油等)及各类油的分解产物所引起的污染。石油中的许多成分如苯、甲苯、乙苯、菲、苯并[a]芘等都被列为美国环保局(EPA)优先污染物范围,这些污染物具有潜在的致突变性和致癌性,可通过直接或间接方式对环境和人体健康带来严重损害。

1 我国的石油污染概况

我国作为石油生产、消费大国,由于生产条件、环保技术等方面相对落后,石油污染问题相当突出。据统计,我国有机污染土壤面积约为0.2亿hm2,其中石油污染占相当比例。我国自1978年原油年产量突破1亿t大关而成为世界十大产油国之一以来,目前勘探开发的油气田和油气藏已有400多个,年产石油污染土壤近10万t,累计堆放量近50万t。以油田为例,每口油井污染的土地面积为200~500 m2,全国共有油井20万口,由此造成的土壤污染可达8000万m2,这一数值每年还在增长中。据统计,我国每年有60万t石油经跑、冒、滴、漏途径进入环境,对土壤、地下水、地表水造成污染。此外:污灌也是造成土壤石油污染的原因之一,如沈抚灌区污灌面积达0.87万hm2,全国类似农田有10万hm2,致使农作物中污染物严重超标,农产品质量低下,同时也造成了严重的地下水污染。随着石油开采和使用量的增加,大量的石油及其产品进入环境,不可避免地对环境造成了污染,给生物和人类带来了严重危害。

2生物修复技术在石油污染治理中的应用

与化学、物理方法相比,生物修复对人和环境造成的影响小,且修复费用仅为传统物理、化学修复的30%~50%。,是一种高效、经济和环境友好的清洁技术。目前生物修复技术主要用于土壤、地下水和海洋的污染治理,并主要以原位修复为主。

1972年美国清除宾夕法尼亚州的Ambler管线泄漏的汽油是史料所记载的生物修复技术的首次应用,初期规模很小,直到1989年,美国阿拉斯加海域受到大面积石油污染以后,才首次大规模应用生物修复技术,可以说阿拉斯加海滩溢油的生物修复是生物修复发展的里程碑H。目前,石油污染的海面和海滩通常采用以下3种方式进行生物修复:①投加表面活性剂,增加石油与海水中微生物的接触面积;②投加高效降解石油的微生物,增加微生物的种群数量;③投加N、P等营养源,促进土著微生物对石油的降解。其中投加营养盐进行生物修复的应用相对较多。

在石油污染土壤的生物修复方面也有比较成功的例子。1992年10月,在阿根廷Puerto Rosales集散地,通过施用肥料,靠土著微生物清除了700 t油罐的泄漏;科威特曾因石油泄漏污染了大片土地,科学家采用微生物技术成功地进行了降解。海湾战争期间,科威特被破坏的油田流出的原油造成500 hm2土壤污染,1994年日本大林组公司与该国科研人员一起进行生物修复实验,通过向含油(TPH)2%~40%的土壤中添加氮、磷营养素及木屑等,并通过土地耕耘、强制通风等措施处理,15个月后TPH分解75%~85%。生物修复技术的发展为石油污染的治理提供了一个经济有效的方法,被认为具有广阔的发展前景。

3石油污染土壤的生物修复研究进展

随着研究的不断深入,石油污染土壤的治理方法已由最初的细菌修复拓展到真菌修复、植物修复及微生物.植物联合修复。

3.1 微生物修复

微生物修复是研究最多、应用也最为广泛的一种生物修复方法。由此产生一系列生物修复技术如土耕法、生物通气法、预制床法、堆肥法、生物反应器等。微生物修复技术是利用土壤中的土著菌或向污染土壤中接种选育的高效降解菌,在优化的环境条件下,加速石油污染物的降解。国内外许多研究者对石油污染土壤的微生物降解原理、影响因素、降解菌筛选等方面进行了大量研究。在应用高效降解菌修复污染土壤时,修复的效果主要取决于微生物在不同污染生态系统中的存活与性能,其生长限制因子包括与其他微生物的竞争、土壤环境条件等。

在石油组分中饱和烃最易降解,其次是低分子量芳香烃,高分子量芳香烃、胶质和沥青质则极难降解。不少研究表明,利用特定细菌对石油类物质的共代谢作用可以有效去除某些难降解有机物。Bertrand等发现,难降解的沥青和树脂可以通过共氧化作用进行降解。Rontani等也发现了沥青质的共氧化作用,同时报道了沥青质的生物降解依赖于烷烃的存在。通过改善土壤环境条件可以提高微生物活性、加速石油的生物降解。钟毅等选用原油污染土壤进行了投加除油菌、调节氮磷营养含量和水分含量的强化修复试验,180 d后油去除率达70.6%,石油半衰期由自然条件下的929 d减少为103 d。张旭等发现在翻耕和调节土壤含水率的条件下,微生物的降解速率大大加快,石油半衰期由对照的173 d减少到90 d,在综合生物治理的条件下,石油半衰期可缩短至42 d。此外,添加表面活性剂Ⅲ、木屑和蛭石等调理剂、提供电子受体等措施也有很好的强化效果。影响微生物降解速率的因素主要有土壤pH值、温度、湿度、氧气含量、各种营养物质及微量元素含量等。石油类物质微生物降解的适宜条件为pH 6~8,温度15—30℃,湿度70%~80%,养分比例(m)C:N:P=25:1:0.5嵋⋯。借助现代生物学手段获得的适应极端条件的优良菌株为特殊地区的石油污染生物修复创造了条件。

目前石油污染土壤微生物修复研究主要集中于以下领域:(1)营养物质的添加及量的配比;(2)选择适当的电子受体;(3)同生菌群的强化作用;(4)基因工程菌的开发;(5)石油烃生物可降解性研究;(6)表面活性剂对生物降解的强化作用;(7)吸附与扩散机制对生物降解过程的影响。

编辑:王媛媛

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