陳超

(中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司 技術(shù)檢測中心,山東 東營 257000)

隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn),世界各國對石油的開采量不斷攀升。由于開發(fā)的歷史性問題,環(huán)保意識相對薄弱,開采工藝相對落后,防滲技術(shù)不達(dá)標(biāo),缺乏有效的環(huán)境保護(hù)措施及設(shè)備的環(huán)境、運輸、貯存、煉化等環(huán)節(jié)存在跑、冒、滴、漏等現(xiàn)象,在原油開采區(qū)域、輸油管道附近、儲油罐區(qū)域、煉化廠區(qū)內(nèi)存在由于傾撒、遺留等造成土壤地下水相關(guān)檢測指標(biāo)超標(biāo)現(xiàn)象[1]。殘存的烴類物質(zhì),不僅影響了土壤的顏色和氣味,還可能造成土壤有機質(zhì)結(jié)構(gòu)及組成的變化,減少植物所需的氮、磷、鉀相關(guān)元素的含量,植物的根系得不到充足的營養(yǎng),繼而死亡[2]。同時由于烴類物質(zhì)的黏稠性,降低了土壤的孔隙度與通透性,導(dǎo)致原有微生物群落發(fā)生變化。而且原油的開采、運輸及煉化還可能造成區(qū)域土壤及地下水中重金屬及離子濃度發(fā)生變化,進(jìn)一步帶來區(qū)域環(huán)境風(fēng)險。

近年來,生物修復(fù)的優(yōu)點正不斷體現(xiàn)出來,較好地彌補了化學(xué)修復(fù)與物理修復(fù)的次生污染、成本高、耗費人力物力等缺點[3]。利用微生物自身代謝降低含油土壤的烴類物質(zhì),逐漸成為現(xiàn)在土壤修復(fù)手段的研究熱點[4]。利用微生物修復(fù)含油土壤,因其最終產(chǎn)物主要是二氧化碳、水、鹽類等物質(zhì),其不帶來新的污染,環(huán)保、無公害。微生物本身適應(yīng)性強,可以處理的有害物質(zhì)種類多,濃度范圍廣,具有很好的環(huán)境適宜性[5]。微生物繁殖能力強,同時具有制備成本低、修復(fù)過程中土壤擾動小、不耗費過多的人力物力等優(yōu)點。

微生物修復(fù)主要有生物強化、生物刺激等手段。其中生物強化是加入了具有高效降解能力的外源菌;生物刺激指的是加入磷源、氮源、氧氣等微生物代謝等所需的營養(yǎng)物質(zhì),營造其適宜繁殖代謝的必要環(huán)境,加快代謝降解活動的發(fā)生[6]。

微生物修復(fù)在石油污染土壤中的應(yīng)用由來已久,當(dāng)人們在發(fā)現(xiàn)微生物具有降解有機污染物這個特點之后,微生物治理污染便被人們應(yīng)用開來。Vecchioli等[7]分離出含油土壤中的本源微生物,Volkering等[8]耗時多年對不同種微生物對含油土壤中特定污染成分的治理能力進(jìn)行了研究,丁克強等[9]在國內(nèi)率先對微生物生長環(huán)境對微生物降解效率的影響展開了研究,Das等[10]研究了含油土壤含量對土壤微生物呼吸作用的影響,Mcmillen等[11]研究了不同營養(yǎng)元素的比例對含油土壤微生物降解速度的影響。含油土壤的微生物修復(fù)主要是通過改善土壤環(huán)境,如含氧量、營養(yǎng)物質(zhì)、pH值等來培養(yǎng)本源微生物對污染物進(jìn)行降解,這也是微生物修復(fù)法的主要影響評價體系。但是有時本源微生物不能有效降解污染物時,也可以人工添加培養(yǎng)的菌株來達(dá)到修復(fù)的目的。

XX地區(qū)存在含油土壤區(qū)域,隨著生物技術(shù)的不斷進(jìn)步,人們開始將生物技術(shù)引入到石油污染修復(fù)的工作中來,因其具有操作方便、成本低、不產(chǎn)生二次污染、治理效果好等多種優(yōu)點,在現(xiàn)代含油污染修復(fù)工程里,生物修復(fù)技術(shù)較物理、化學(xué)修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。技術(shù)人員針對XX地區(qū)實際,利用已研制出的能夠?qū)屯寥肋M(jìn)行原位修復(fù)的土著菌劑,通過生物堆小試試驗探究微生物生長、降解石油的影響因素,并找到微生物的最佳生長條件。

1 單因素實驗研究

根據(jù)文獻(xiàn)研究表明,在微生物修復(fù)過程中,提供微生物代謝降解所需的共代謝底物或電子受體,同時還有研究表明加入分散劑或表面活性劑提升石油烴在系統(tǒng)中的溶解度不斷增強生物可利用性,有利于提升修復(fù)效果[12]。

本次室內(nèi)試驗選擇含水率、溫度、pH值、翻耕頻率、菌劑、鋸末、NH4NO3、CaCl2、MgSO4投加量進(jìn)行單因素實驗,實驗土壤石油烴含量均為4.64%,使用SPSS20.0軟件做單因素方差分析,研究生物刺激各項因素對提高白腐真菌修復(fù)的差異性和顯著性;選擇單因素條件的最優(yōu)參數(shù)配合白腐真菌對含油土壤進(jìn)行修復(fù),核算35 d對石油烴的降解率。

2 單因素實驗結(jié)果與討論

不同因素對降解率的影響如圖1～9所示。

圖1 菌劑投加量的影響

圖2 含水率的影響

圖3 溫度的影響

圖4 pH值的影響

圖5 菌棒+鋸末的影響

圖6 翻耕頻率的影響

圖7 添加NH4NO3的影響

圖8 添加CaCl2的影響

圖9 添加MgSO4的影響

3 生物堆置處置混合參數(shù)實驗驗證

混合參數(shù)實驗的設(shè)計如表1所示。

表1 各試驗點測試周期的參數(shù)

參數(shù)不同,石油烴降解率隨時間變化如表2所示。由結(jié)果可知:菌劑的加入對石油烴的降解效果影響最大,未加入菌劑20 d的去除率幾乎無變化。

表2 生物堆小試石油烴降解率

4 結(jié)論

通過對微生物對含油土壤修復(fù)效果分析,以及對影響微生物降解效果因素的分析試驗研究,可以得出以下結(jié)論:

1)菌劑含量:菌劑含量對含油土壤修復(fù)影響較大,菌劑含量越多,修復(fù)效果越好;

2)含水率:含水率對細(xì)菌和真菌的生長代謝有著重要的作用,在含水率較低時提高含水率有利于降解,但水分含量過高,孔隙基本被水占據(jù),不利于修復(fù),最佳含水率為30%～40%;

3)溫度:石油烴的降解性能隨降解溫度的提高而增加,溫度在25～35 ℃時,修復(fù)效果較好;

4)pH值:pH值影響微生物降解效果,石油烴的降解趨勢隨pH值的增加呈拋物線形狀,在pH值為6.8時達(dá)到最佳去除效果,菌劑在中性條件下的除油效果最好,但相較于酸性條件下菌劑的低除油率,微生物更能抵抗堿性環(huán)境;

5)菌棒+鋸末:適宜的菌棒+鋸末添加量有利于增強土壤透氣性,提供微生物附著點,增強含油土壤修復(fù)效果;

6)翻耕頻率:提高翻耕頻率有利于刺激并加快微生物降解石油烴;

7)NH4NO3:NH4NO3促進(jìn)修復(fù)含油土壤,但其含量達(dá)到一定數(shù)值時,再增加其含量不會促進(jìn)降解,相反隨著添加量的增加石油烴的降解效果反而會下降,NH4NO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0 g/kg的條件下微生物的修復(fù)效率最高;

8)適量的無機鹽有利于微生物除油,但不宜過量,鈣鎂無機鹽分別在130和250 mg/L時的除油效果最好。

綜上,由室內(nèi)生物堆置處置混合參數(shù)實驗可以得知,菌劑的加入對石油烴的降解效果影響最大,未加入菌劑20 d的去除率不到10%,使用菌劑進(jìn)行現(xiàn)場修復(fù)是可行的。