（环境科学专业论文）复合菌剂强化修复石油污染土壤的应用研究.pdf

r 7 i - 。擎徘皇革礤翦喜拦移非戥申甭g 扭素￥釜阜例蟛萃融覃 素妊移非髫 锋固辫虿兽专焉( ；： 丝单一) 量翦罢封甲。萃歌科素明千鞋、千斟阜埘明士群辫雏甘娶毕砰群宰：翼 茸砚妊非裂猎显瞢j、訾：嚣影 ：7 l 卵o 。卸f 。 ： 科谬嘴襄斗等垮：( 学卿) 弭孵邑觐 泐。圈口弋u l 暑轫4 扩fn 砌a _ r瞰嚆们t 驵l娶卑呈靴 硒每l 厂斟基瓢- r9 套挂 鲴显剿 口蛳辚翦掣口再舞环牟千班位千班组杀口千斟喈椠茸砚 目幻5 鸯 p j 吧i 酶目挺嚣i 翠孽断杀￥妊卑。犁群承暴明日唑咄獾劲茸砚百杀甭延船* 晕素￥妊单捌上弓毕y 章 。殚士印窜晔谣章驾j 簖茸砚码杀朝y 卓尊鬻杀￥妊鳝掣蟛瞬罢台； 罪再杀千班、千辩明料錾餮哗盈：摹 附胖哇攀) ；i i 茸砚砑柔雨距搬壬* 嘉￥甚掣辫诽 斗砰弭目砑茸歌码杀杀￥妊掣 书一=o；， 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所 取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包 含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所 涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名：鄞嫂 非公开学位论文标注说明 2 0 1 0 年5 月3 1 日 根据南开大学有关规定，非公开学位论文须经指导教师同意、作者本人申 请和相关部门批准方能标注。未经批准的均为公开学位论文，公开学位论文本 说明为空白。 论文题目 申请密级口限制( 2 年)口秘密( 1 0 年)口机密( 4 2 0 年) 保密期限 2 0 年月日至2 0年月日 审批表编号批准日期 2 0 年月日 限制2 年( 最长2 年，可少于2 年) 秘密1 0 年( 最长5 年，可少于5 年) 机密2 0 年( 最长1 0 年，可少于l o 年) 随着石油勘探开发和区域经济的不断发展，我国石油污染问题日益凸显， 土壤石油污染日趋严重。土壤石油烃污染会对生态环境、食品安全和人身健康 构成严重的威胁，已成为困扰环境领域重要的社会与环境问题。修复石油污染 土壤、恢复其生态功能已成为迫在眉睫的任务。 石油污染环境治理方法主要有物理法、化学法和生物修复法三大类，其中 微生物修复方法具有成本低、不破坏土壤环境、污染物氧化完全、没有二次污 染、可原位处理等众多优点而具有广阔的应用前景。但是传统的研究仅利用单 一菌种进行微生物修复，而石油组分复杂且难降解，仅靠单一菌种无法完全降 解，必须有多种微生物的联合参与。目前国内外针对石油污染土壤的生物修复 研究大都忽略了油田土壤盐碱化的问题，而且国内将实验室结果放大到地块小 试模拟的研究也较少。而考察小试模拟生物修复过程中各种理化参数、生物参 数与降解活性、降解效率之间的关系对建立强化有效的修复策略、评价修复效 果具有重要的意义。 本研究首先通过室内模拟原位生物修复实验分别研究了粪链球菌和热带假 丝酵母菌对石油烃的降解特性及混合菌对石油烃的联合降解行为。又针对胜利 油田石油污染的盐碱土设计了生物修复小试方案，比较了添加土壤改良剂及营 养物质的生物刺激( b s ) 与生物刺激加生物强化联合方案( b s + b a ) 对石油烃 及p a h s 的去除效果，监测了修复过程中土壤理化性质、微生物活性、微生物群 落结构的变化。实验结果表明： 1 酵母菌细菌混合菌剂在对石油烃的去除中表现出协同作用，连续培养3 2 d 后 混合菌处理组对总石油烃( t p h ) 的去除率达n 2 9 9 ，较单菌处理组高约 5 0 ；前期低分子量烷烃降解效果明显，对于c 1 5 c 2 l 的高分子量烷烃的降解 效果主要在第3 2 d 时显现。 2 酵母菌细菌混合菌处理组的脱氢酶活性高于单菌组，脱氢酶活性与石油烃降 解率呈很好的相关性。 3 小试模拟试验中腐殖酸、诺沃肥和生物有机钙等土壤改良剂及营养盐的加入 使土壤盐碱环境得到明显改善，p h 值由8 1 8 2 降低至7 8 7 6 ，并随着酸性代 摘要 谢产物的累积降低至7 0 6 6 ；土壤含盐量由2 降至1 1 。 4 由于微生物产生的表面活性剂作用，土壤溶液表面张力随时间有所降低。小 试模拟实验b s + b a ( 生物刺激+ 生物强化) 与b s ( 生物刺激) 处理组土壤溶 液表面张力分别由7 2 2 、7 1 8 m n m 降低到6 4 9 、6 7 2 m n m ，提高了微生物石 油烃的可利用性。 5 对比两组小试系统，b s + b a 处理修复效果更加显著，对石油烃、总p a h s 的 降解率可达n 5 0 8 、6 9 2 ，而b s 处理为4 0 5 和6 1 2 。其中添加菌剂对 5 6 环p a h s 的去除效果明显。 6 不同修复策略对土壤微生物有显著影响，表现为土壤脱氢酶活性及微生物群 落结构的动态变化。两组小试模拟处理组中脱氢酶活性均呈现出先增加后降 低的趋势，b s + b a 处理在菌剂适应土壤环境后脱氢酶活性高于b s 处理。b s 与b s + b a 对土壤酵母菌和细菌的多样性、均匀度产生不同的影响，表现为： 当外源微生物适应土壤环境后，b s + b a 处理与b s 处理相比更能维持土壤酵 母菌多样性，b s + b a 处理酵母菌均匀度指数随时间的波动较b s 处理更为显 著；由于刺激作用b s 处理组的细菌多样性、均匀度明显增加，由于外源混 合微生物与土著菌的竞争作用b s + b a 处理组细菌多样性指数变化较小，并 有随时间逐渐降低趋势。 关键词：土壤石油污染生物修复 n a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fp e t r o l e u me x p l o r a t i o na n de x p l o i t a t i o n ，p e t r o l e u m p o l l u t i o n b e c o m e so n eo ft h e p e r v a s i v ep r o b l e m s ，t h ep r o b l e m o f p e t r o l e u m c o n t a m i n a t e d s o i li s b e c o m i n gm o r ea n dm o r es e r i o u s p e t r o l e u m p o l l u t a n t si n s o i lc o u l di n f l u e n c et h ee c o e n v i r o n m e n t a lq u a l i t y 、f o o ds a f e t ya n d h u m a nh e a l t ht h r o u g ht h ef o o dc h a i n t h e r e f o r e ，i ti sn e c e s s a r yt ot a k et e c h n i c a l m e a s u r e st oc l e a nu pt h ep o l l u t a n t si ne n v i r o n m e n tf o rr e s t o r i n gs o i l e c o l o g i c a l f u n c t i o n t h em e t h o d so ft r e a t i n gp e t r o l e u mp o l l u t i o ni n c l u d ep h y s i c a lm e t h o d s 、c h e m i c a l m e t h o d sa n db i o l o g i c a lr e m e d i a t i o nm e t h o d sm a i n l y t h em i c r o b i a lr e m e d i a t i o n m e t h o d sa r ec o n s i d e r e dt ob er e l a t i v e l yl o w - c o s t 、b e t t e rr e s u r sa n d1 1 0e n v i r o n m e n t a l d a m a g et e c h n o l o g i e s t h em i c r o b i a lr e m e d i a t i o no ft r a d i t i o n a lr e s e a r c h e su s e ds i n g l e m i c r o o r g a n i s mo n l y ，b u tt h ep e t r o l e u mi se x t r e m e l yc o m p l e xa n dn o n b i o d e g r a d a b l e m i x t u r ew h i c hs h o u l db ed e g r a d e db ym i x e dm i c r o o r g a n i s m s 刀砖p r o b l e mo fs o i l s a l i n i z a t i o ni no i lf i e l di si g n o r e db ym o s t l ym i c r o b i a lr e m e d i a t i o nr e s e a r c h e sa n d t h e r ea r el i t t l em i c r o s c a ls i m u l a t i o nr e s e a r c h e sw h i c ha r et h ea m p l i f i c a t i o no f l a b s c a l er e s e a r c h e s i ti so fs i g n i f i c a n c et o s t u d yt h er a l a t i o n s h i p sb e t w e e n p h y s i c o - c h e m i c a l 、b i o l o g i c a lp a r a m e t e r sa n dd e g r a t i o ne f f i c i e n c yi ne s t a b l i s h m e n t a n da s s e s s m e n to fc o n t a m i n a t e ds o i lr e m e d i a t i o ns t r a t e g y t h ee f f e c t so fb o t l ls i n g l em i c r o o r g a n i s ma n dm i c r o b i a lm i x t u r eo fc a n d i d a t r o p i c a l i sa n ds t r e p t o c o c c u sf a e c a l i so nt h er e m e d i a t i o no fp e t r o l e u m - c o n t a m i n a t e d s o i lw e r ee v a l u a t e df w s t t h e nb i o r e m e d i a t i o no f p e t r o l e u m - c o n t a m i n a t e ds a l i n es o i l w a si n v e s t i g a t e db yu s i n gb i o s t i m u l a t i o n ( b s ) a n db i o s t i m u l a t i o n - b i o a u g m e n t a t i o n ( b s + b a ) i nm i c r o s c a ls i m u l a t i o ns y s t e m t l l er e m o v a lo fh y d r o c a r b o na n d16 p a h s ，c h a n g e so fs o i lp h y s i c o - c h e m i c a lp r o p e r t i e s 、d e h y d r o g e n a s ea c t i v i t ya n d m i c r o b i a l c o m m u n i t ys t r u c t u r e 、e r em o n i t o r e dd u r i n gi n c u b a t i o n t h er e s u l t s s h o w e dt h a t ： 1 t h em i c r o b i a lm i x t u r es h o w e ds y n e r g i s t i ce f f e c ti nt h er e m o v a lo fp e t r o l e u m i i i a b s t r a c t h y d r o c a r b o n s i nt h em i x e dm i c r o o r g a n i s m st r e a t m e n tg r o u p2 9 9 o ft h et o t a l p e t r o l e u mh y d r o c a r b o n ( t p h ) w a sr e m o v e da f t e r3 2d a y so fi n c u b a t i o n ，w h i c h w a s5 0 h i g h e rt h a nt h a to b s e r v e di nt h es i n g l e m i c r o o r g a n i s m - t r e a t m e n t g r o u p s w i t h i ne a r l yt i m eo ft r e a t m e n ts h o r tc h a i na l k a n e sw e r ed e g r a d e dm u c h f a s t e rw h i l eh i g hm o l e c u l ew e i g h tc o m p o n e n t sw e r em e t a b o l i z e dl a t e r 2 h i g h e rd e h y d r o g e n a s ea c t i v i t yw a so b s e r v e d i n t h em i x e dm i c r o o r g a n i s m s t r e a t m e n tg r o u pa n dap o s i t i v ec o r r e l a t i o nw a so b t a i n e db e t w e e nd e h y d r o g e n a s e a c t i v i t ya n db i o d e g r a d a t i o ne f f i c i e n c y 3 t h es o i lp r o p e r t i e sh a db e e nc h a n g e db yt h ea d d i t i o no f h u m i ca c i d ，n o v o g r oa n d b i o l o g i c a lo r g a n i cc a l c i u m t h es o i lp hd e c r e a s e df r o m8 1 - 8 2t 07 8 7 6 ，a n d w i t ht h ea c c u m u l a t i o no fa c i d i cm e t a b o l i t e si td e c r e a s e dt o7 0 - 6 6a f t e r r e m e d i a t i o n t h es o i ls a l tc o n t e n td e c r e a s e df r o m2 t o1 1 4 d u et om i c r o b i a la c t i v i t i e st h es u r f a c et e n s i o no fs o i lh a dd e c r e a s e df r o m7 2 2 m n mt o6 4 9m n ma n df r o m7 1 8m n mt o 6 7 2m n mi nb s + b aa n db s t r e a t m e n t sr e s p e c t i v e l y t h u st h eb i o a v a i l a b i l i t yo fp e t r o l e u mh y d r o c a r b o n sm a y b ee n h a n c e d 5 t h eh i g h e rr e m o v a le f f i c i e n c yw a so b t a i n e di nb s + b at r e a t m e n ti nw h i c h5 0 8 o ft p ha n d6 9 2 o ft o t a lp a h sw e r ed e g r a d e d m e a n w h i l ei nb st r e a t m e n t o n l y 4 0 5 o fp e t r o l e u mh y d r o c a r b o na n d61 2 o ft o t a lp a h sw e r e r e m o v e d p a r t i c u l a r l ye x o t i cm i c r o o r g a n i s ms h o w e dh i g he f f i c i e n c yo nr e m o v a l o f5 - 6r i n gp a h s 6 d i f f e r e n tr e m e d i a t i o ns t r a t e g i e sa f f e c t e ds o i lm i c r o b i a la c t i v i t yn o t a b l y ，w h i c h w e r ei n d i c a t e db yt h ed y n a m i cc h a n g e so fs o i le n z y m ea c t i v i t ya n db a c t e r i a l c o m m u n i t ys t r u c t u r e t h ed e h y d r o g e n a s ea c t i v i t i e si n c r e a s e df i r s t l y ，a n dt h e n d e c l i n e di nb o t ht w om i c r o s c a ls i m u l a t i o ns y s t e m s w h e nt h ei n o c u l a t i n g m i c r o b e sa d a p t e dt h es o i le n v i r o n m e n t ，t h ed e h y d r o g e n a s ea c t i v i t yo fb s + b a s y s t e mw a sh i g h e rt h a nb ss y s t e m d i f f e r e n ts y s t e m sh a dd i f f e r e n ti n f l u e n c e so n t h es h a n n o n - w i e n e ri n d e x 、e v e n n e s so fb a c t e r i aa n dy e a s t a sf o ry e a s t ，t h e d i v e r s i t yp e r s i s t a n c eo fb s + b ac o u l db el o n g e rt h a nb sw h e nt h ei n o c u l a t i n g m i c r o b e sa d a p t e dt h es o i le n v i r o n m e n t ， m o r em a r k e dt h a nb s a sf o rb a c t e r i a ， i v t h ee v e n n e s sf l u c t u a t i o no fb s + b aw a s t h es h a n n o n - w i e n e ri n d e xa n de v e n n e s s v 目录 目录 第一章绪论1 第一节石油及土壤石油污染的来源及危害1 1 1 1 ；f j 。油1 1 1 2 土壤石油污染的来源1 1 1 3 石油污染土壤的危害3 第二节土壤石油污染的现状与治理方法4 1 2 1 土壤石油污染现状4 1 2 2 土壤石油污染的治理方法4 第三节生物修复石油污染的研究进展。5 1 3 1 原位微生物修复法6 1 3 2 异位微生物修复7 第四节微生物降解石油烃污染物的机理8 1 4 1 好氧降解与厌氧降解8 1 4 2 共代谢作用9 1 4 3 微生物对不同石油烃的降解9 第五节微生物修复技术的影响因素。1 1 1 5 1 石油烃的种类和组成对石油生物降解的影响。1 1 1 5 2 石油的浓度对石油生物降解的影响1 2 1 5 3 环境条件对石油微生物降解的影响。1 2 1 5 4 微生物种类对降解的影响。1 5 第六节本论文的研究目的与研究方法1 5 1 6 1 研究目的15 1 6 2 研究方法。1 6 第二章细菌一酵母菌联合修复石油污染土壤研究1 7 v i 目录 第一节前言1 7 2 1 1 环境中降解石油的细菌1 7 2 1 2 环境中降解石油的真菌1 7 2 。1 3 混合微生物降解石油研究进展。1 7 2 1 4 本章研究目的一18 第二节材料与方法1 8 2 2 1 材料1 8 2 2 2 试验方法1 9 第三节结果与讨论。2 1 2 3 1 单菌和混合菌生长曲线测定结果2 2 2 3 2 石油烃降解结果。2 2 2 3 3 脱氢酶测定结果2 3 2 3 4 气相色谱- 质谱联用检测结果2 4 第四节本章小结2 6 第三章混合菌液的高效培养及混合菌剂的工业制备2 7 第一节前言2 7 3 1 1 混合菌发酵的特点2 7 3 1 2 微生物固定化2 7 3 1 3 本章研究目的。2 8 第二节试验材料与方法。2 9 3 2 1 试验材料2 9 3 2 2 试验方法。3 0 第三节结果与讨论3 2 3 3 1 强化马铃薯培养基正交试验结果。3 2 3 3 2 最佳强化马铃薯培养基混合菌收集时间的确定。3 4 3 3 3 改良培养基正交实验结果。3 5 3 3 4 最佳改良培养基的混合菌体收集时间3 6 3 3 5 工业生产3 7 v 第四 第四章 性变化 第一 4 1 1 微生物修复石油污染土壤的两种方式3 9 4 1 2 油田区土壤石油污染特性及理化性质关系3 9 4 1 3 微生物分子生态学研究方法4 0 4 1 4 本章研究目的。4 1 第二节材料与方法4 l 4 2 1 实验材料。41 4 2 2 实验方法。4 2 4 2 3 测定与仪器分析4 3 第三节结果与讨论4 6 4 3 1 菌种耐盐碱能力。4 6 4 3 2 总石油烃去除率的变化4 6 4 3 3 土壤中p a h s 的降解效果4 7 4 3 4 土壤p h 及表面张力的变化4 9 4 3 5 土壤脱氢酶活性分析5 0 4 3 6 微生物群落结构的p c r - d g g e 分析5 l 第四节本章小结5 5 第五章结论5 6 参考文献5 7 至5 【谢6 4 个人简历6 5 v i u 第三节结果与讨论4 6 4 3 1 菌种耐盐碱能力。二：_ 4 6 4 3 2 总石油烃去除率的变化。4 6 4 3 3 土壤中p a h s 的降解效果4 7 4 3 4 土壤p h 及表面张力的变化4 9 4 3 5 土壤脱氢酶活性分析。5 0 4 3 6 微生物群落结构的p c r - d g g e 分析5 1 第四节本章小结5 5 第五章结论5 6 参考文献。5 7 致谢6 4 个人简历6 5 v m 第一章绪论 1 1 1 石油 第一章绪论 第一节石油及土壤石油污染的来源及危害 石油是现代社会最主要的能源之一，被称为“工业的血液 “黑色的金子 。 石油工业在国民经济中占有十分重要的地位，是国家综合国力的重要组成部分， 因此世界各国十分重视石油工业的发展。我们通常所说的石油是指直接从地下 开采出来未经过提炼的天然烃，亦被称为原油，一般为黑色或黑褐色的粘稠液 体。原油是积累的有机物质经过地质变迁而形成的复杂混合物，是多种烃类( 正 烷烃、支链烷烃、环烷烃、芳烃) 和少量其它有机物，如硫化物、氮化物、环烷 酸类等的混合物，其中烃类占所有组分的9 5 9 9 9 【l 】，其化学组成、颜色和物 理性状等随产地的不同而略有不同。根据不同组分的不同性质，可以炼制出燃 料、溶剂、润滑油、沥青等多种不同石油产品。 全世界大规模开采石油是从2 0 世纪初开始的，1 9 0 0 年全世界消费量约2 0 0 0 万吨，1 0 0 年来这一数量已增长百余倍 2 1 。现在产油的国家和地区已有1 5 0 多个， 发现油气田4 万多个，目前世界石油年产量达2 2 亿吨，其中1 7 5 亿吨是由陆地 油田生产的。我国目前已在2 5 个省和自治区中找到了4 0 0 多个油气田，自1 9 7 8 年以来我国石油年产量突破1 亿吨大关而成为世界十大产油国，现在年产石油 近1 8 3 亿吨。 1 1 2 土壤石油污染的来源 随着石油工业的迅速发展，全世界每年约有近8 0 0 万吨石油污染物进入环 境，其中我国每年有近6 0 万吨石油污染物进入环境，这些污染物通过多种途径 最终仍旧进入土壤环境，造成土壤的石油污染。石油污染物主要通过以下五种 途径进入到土壤【3 5 】： 1 1 2 1 原油泄漏和溢油事故 第一章绪论 在我国的矿业生产过程中，还存在一些不合理的作业方式，在采油井洗井 和检修时，都会有大量的原油洒落在油井周围，造成了严重的环境污染和生态 破坏。此外石油及其产品在运输、使用、贮存过程中的渗漏和溢油现象时有发 生，甚至在原油开采过程中发生井喷事故，造成大量石油烃类物质直接进入土 壤，由此引起的突发性泄漏往往造成数量多、浓度高、危害大的局部污染，石 油浓度大大超过土壤颗粒能够吸附的量，过多的石油存在于土壤空隙中，使小 范围内的生态系统完全毁灭。 1 1 2 2 含油矿渣、污泥、垃圾的堆置 石油在开采、冶炼时产生大量的含油废弃物，这类物质主要包括含油岩屑、 含油泥浆等。这些含油废弃物往往堆积在厂矿周围，在堆放的过程中，经过雨 水的冲刷、淋洗便向周围土壤中浸入相当数量的石油，致使土壤中石油烃类含 量比非堆放区高出数倍。广东茂名市就曾因大量堆积含油矿渣使大片的农田污 染，成为寸草不生的荒地。 1 1 2 3 污水灌溉 使用含油污水灌溉农田是土壤受石油污染的主要原因之一。许多工业废水 和生活污水都含有石油烃类物质，另外石油开采、冶炼、加工和以石油为原料 的化工部门排放的废水也都含有大量的石油烃类物质，长期使用这类污水灌溉 农田必然导致土壤石油污染。 1 1 2 4 大气污染及汽车尾气的排放 石油炼化企业和工厂在生产过程中，都有部分石油中可挥发成分进入大气， 这些成分可与大气中颗粒物结合成降尘进入土壤。有研究表明，大气降尘污染 区的土壤矿物油含量比对照区高出1 2 倍。此外，各种使用汽油、柴油的车辆在 行进中排出的尾气中也含有大量未燃烧的石油成分，这些成分也会以沉降物的 形式进入土壤。因此，公路两侧土壤中往往含有较多的石油污染物。 1 1 2 5 药剂污染 油类经常作为各种杀虫剂、防腐剂和除草剂的溶剂或乳化剂等，当使用这 些农药时，油类就同时进入土壤，增加了土壤中的石油烃含量使土壤污染。 2 第一章绪论 1 1 3 石油污染土壤的危害 石油污染物进入土壤后，由于其特殊的物理和化学性质以及难以去除并残 留时间长的特点，会对土壤和生态环境造成一系列的危害，给污染地区的生态、 作物以及人类健康带来负面影响。主要表现在以下三个方面： 1 1 3 1 石油污染对土壤理化性质的影响 土壤中石油烃积累可以导致土壤孔隙堵塞使土壤的透水性降低；会改变土 壤有机质的组成和结构，分散土粒，引起土壤有机质的碳氮比( c n ) 和碳磷e t ( c p ) 的变化。 1 1 3 2 石油污染对作物的危害 不同作物受石油污染的影响是不同的，石油污染对作物生长发育的不利影 响主要表现为：发芽出苗率低，各生育期推迟，贪青晚熟，结实率下降，抗倒伏、 抗病虫害的能力降低等。此外石油中富含反应基，能与无机氮、磷结合并限制 硝化作用和脱磷酸作用，从而使土壤有效氮、磷含量减少影响作物的吸收，石 油还会粘着在植物的根表面形成粘膜，阻碍根系的呼吸与吸收，引起根系腐烂 影响作物根系的生长，甚至造成作物的死亡，使作物减产。另外石油类物质进 入土壤后，经过土壤生态系统的一系列作用，在土壤、作物各部分都有残留， 影响粮食质量，使粮食的品质下降。 1 1 3 3 石油污染物中有毒物质对人的危害 石油是多种组分的混合物，而且石油中各种馏分物( 组分) 的毒性也不一样的 6 1 ，其中毒性较大是石油中的多环芳烃( p a h s ) ，多环芳烃具有致癌性、致突变性 和致畸性等作用f 7 1 ，可通过呼吸、皮肤接触、饮食摄入等方式进入人和动物体内， 影响肝、肾等器官的正常功能，甚至引起癌变。而低沸点的燃料油及润滑油类 能引起人体的麻醉、窒息、化学性肺炎和皮炎等【8 1 。作物和粮食对石油污染物有 吸收残留效应，这些有毒物质可以通过食物链间接影响人体健康【9 j 。另外，石油 中不易被土壤吸附的污染物成分可以随地面降水渗透到地下水，污染浅层地下 水环境，影响饮用水的质量，最终危害人体健康。 第一章绪论 表1 1 常见p 姐i s 类化合物致癌性比较n 伽 注j ：“一”不致癌；“+ ”弱致癌；。+ + ”致癌；“+ + + + ”很强致癌；。枣”已由动物试验验证致癌 第二节土壤石油污染的现状与治理方法 1 2 1 土壤石油污染现状 一 ，一 日前我国勘探、开发的油田和油气田共4 0 0 多个，分布在全国2 5 个省市和自 治区，油田的主要工作范围近2 0 万k m 2 ，覆盖地区面积达3 2 万k m 2 ，约占国土总 面积的3 ，其中约4 8 0 万h m 2 土地的石油含量可能超过安全值。据初步统计，我 国石油化学行业中，平均每年产生8 0 万t 罐底泥、池底泥【l l 】。其中，胜利油田每 年产生含油污泥在1 0 万t 以上，大港油田每年产生含油污泥约1 5 万t ，河南油田每 年产生5 万t 含油污泥【1 2 】。辽宁省环境监测站的监测数据表明，在辽河油田重度污 染区内，土壤中的含油量己达到1 0 0 0 0 m g k g ，远远超过临界值5 0 0 m 眺g 【1 3 j 。 1 2 2 土壤石油污染的治理方法 目前石油污染环境治理方法有物理法、化学法和生物修复法三大类。 1 2 2 1 物理法 物理法是目前处理总石油烃( t p h ) 土壤污染最常用的方法之一，主要包括 热处理法( 焚烧法) 、隔离法、换土法等。但这些方法均存在一定的局限性，使得 4 第一章绪论 其应用范围受到一定的限制。热处理法在净化土壤中大部分t p h 同时也会破坏土 壤结构和组分，并且焚烧过程中会产生有毒物质而对环境造成二次污染【1 4 1 。隔 离法没有改变t p h 的结构，只是阻止了它在土壤中的迁移，不能作为永久性的处 理方法。换土法人工费用较高，适用于小面积严重污染的土壤治理，尤其是事 故后的简单处理，但是难以应用于大面积的土壤污染。 1 2 2 2 化学法 化学处理法也是目前t p h 土壤污染修复中常用的方法，主要包括：1 ) 萃取法： 根据相似相溶原理，利用有机溶剂对污染土壤中的t p h 进行萃取、分离、回收， 并实现废物的资源化，比较适合用于t p h 浓度较高的土壤。2 ) 土壤洗涤法：将污 染土壤破碎，混入足够的水和洗涤剂，得到土壤、水和洗涤剂相互作用的浆液， 过滤洗去t p h 后将土壤重新归入环境。3 ) 化学氧化法：向被t p h 污染的土壤中喷 撒或注入化学氧化剂，使其与污染物质发生化学反应来实现净化的目的，该方 法适合土壤和地下水同时被t p h 污染的治理。这些化学处理方法虽然除油效果较 好，但是操作非常复杂，而且所加入的化学试剂很容易会引起二次污染的问题， 并破坏土壤环境的正常生态系统，因此其实际应用受到了很大的限制。 1 2 2 3 生物法 生物修复技术主要是指利用特定的生物( 植物、微生物或原生动物) 吸收、转 化、清除或降解t p h 污染，实现环境净化。生物修复技术与物理、化学修复方法 相比具有费用低、处理效果好、对环境影响小、无二次污染、不破坏植物生长 所需要的土壤环境等优点。 第三节生物修复石油污染的研究进展 生物修复技术类型繁多，按照所应用类型的不同，可以将生物修复技术分 为植物、动物及微生物修复技术等，其中微生物修复技术是研究较多而且相对 成熟的一种技术，是当前世界研究的热点。其方法是利用土壤中的土著微生物 或向污染环境补充经驯化的高效微生物，在优化的环境条件下加速分解污染物， 修复被污染的土壤。用于生物修复的微生物有3 类：土著微生物、外来微生物和 基因工程菌。自然界中降解烃类的微生物约占微生物群落总数的1 ，而当石油 污染 述的 个， 表1 2 部分常见降解菌及可去除的有机物 微生物修复技术主要分为两类：原位微生物修复法和异位微生物修复法。 1 3 1 原位微生物修复法 原位微生物修复不需要将石油污染土壤挖走，主要是向石油污染区投放n 、 p 等营养物质和供氧，促进土壤中依靠有机物作为c 源的土著微生物的代谢活性， 也可以接种经驯化培养的高效微生物菌株，使土壤与降解菌充分接触，利用其 代谢作用达到消耗石油烃的目的，一般污染土壤不经搅动，不破坏土壤的基本 结构。原位微生物修复法主要包括：1 ) 投菌法：直接向遭受石油污染的土壤接入 外源的污染物降解菌，同时提供这些细菌生长所必需的常量的营养元素和微量 的营养元素。s a n j e e t 等t 1 ；q 通过采用存在于载体上的细菌联合体和营养物质对 4 0 0 0 m 2 的t p h 污染土地进行了处理，结果发现细菌联合体显著降低了土壤中t p h 的含量om o h n 掣1 8 】对北极原油污染土壤现场接种抗寒微生物混合菌种进行生物 修复处理，1 年后土壤中油浓度降到初处理浓度的1 2 0 。2 ) 生物培养法：定期向 6 第一章绪论 污染土壤中加入营养、氧或h 2 0 2 作为微生物氧化的电子受体，给被污染环境中 已经存在的降解菌提供一个良好的生长环境，提高土著微生物的代谢活性，最 终将污染物降解为c 0 2 和n 2 0 。e l i s s 等【1 9 】在斯德哥尔摩中部的一个废弃的木材防 腐油生产区，对高浓度低分子量p a h s 和高分子量p a h s 污染进行生物培养处理。 经过4 个月处理，所有p a h s 的降解都很明显。一个炼油厂土壤及地下水石油污染 经生物培养后的去除率高于8 6 2 0 l 。3 ) 生物通气法：在污染的土壤上打至少两口 井，安装鼓风机和抽真空机，将空气强排入土壤中，然后抽出，土壤中挥发性 有毒有机物便随之去除【2 l 】。1 9 8 4 年，针对美国密苏里州西部石油运输泄漏事件， 采用了添加n 、p 营养物质，人工曝气的方法进行原位生物修复，经过3 2 个月的 运行，苯、甲苯和二甲苯的浓度从2 0 m g l 降低到0 0 5 m g l ，均得到了良好的处 理效果1 2 2 j 。4 ) 土耕法：对污染土壤进行耕耙、施肥、灌溉，并加入石灰，为微生 物尽可能提供一个良好的环境，促进其对污染物的降解。美国环保局早在1 9 8 9 年在阿拉斯加威廉王子海湾滩原油污染生物清洁项目中采用的就是此方法。 原位微生物修复操作简单，通常允许污染区的商业运转照常进行，而且适 合遭受大面积污染的土壤，成本较低、效果较好。但所需时间较长，需6 个月至 数年不等，而且较难严格控制，受土壤的渗透性、烃污染物的种类及浓度、土 壤温度、土壤营养水平、接种的微生物种群和清除所需要达到的标准等的影响。 1 3 2 异位微生物修复 异位修复是指将污染土壤挖出，在场外的专门场地进行处理，该方法适宜 处理高浓度小块土区污染。主要方法有：1 ) 堆肥法：将受污染的土壤从污染地区 挖掘出来，运输到一个经过各种工程准备的地点堆放，进行生物处理，处理后 的土壤再运回原地。在处理过程中，加入土壤调理剂以提供微生物生长和石油 生物降解的能量。a 1 d a h e r 等 2 3 】