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石油污染土壤的微生物技术研究探讨

来源:网络 发布时间:2024-04-17 11:19:04 浏览:214 次

摘要:随着我们中国社会的不断发展,能源和环境问题成为了我国社会经济发展过程中所面临的突出问题。石油对土壤的污染主要是来源于在石油勘探、开采、运输、储存、加工以及生产过程,而石油开采工作过程中的落地原油受到地球的吸引,在毛细血管力的作用下沿土壤深度方位迁移并出现平面扩散,因此在油井区域的周遭大部分面积的土壤会更容易受到石油的污染。对于石油污染土壤的处理问题可利用微生物修复技术进行解决。


本文是以探讨石油污染土壤微生物修复技术的生物强化和生物刺激为主要研究内容,通过收集国内外前人研究成果,归纳总结石油污染土壤微生物修复技术的修复类型;归纳整理影响石油烃降解菌修复率的因素;探讨从实验成果中带来现实生活的实际效应,为进一步研究提供参考。


引言:石油(Petroleum)作为我国一种重要的能源,被称为“工业血液”,被广泛应用于人们的日常生活中的各个行业。而我国的石油资源集中分布在八大盆地,分别位于柴达木、准噶尔、珠江口、渤海湾、松辽、塔里木、鄂尔多斯以及东海[1],勘探开发的油田区域已有四百多个,所包含的油田区域将近二十万平方千米。目前为止,每年我国乃至全世界的石油生产总量都会超过三十亿吨[2-3]。修复受油污染的土壤有许多的办法,在早期修复历史中学者们选择的多是物理修复和化学修复。而如今学者们发现了更好的修复技术:微生物修复技术,选择微生物来修复石油污染。相较于物理修复和化学修复,微生物修复有着成本低,高效性和多样性等特点,受到了国内外学者们的欢迎[6]。本篇重点分析整理微生物修复技术中的两大项:微生物生物强化(bioaugmentation)和生物刺激(biological stimulating),这两种类型。总结归纳影响修复率的因子,展望未来在是生活中带来的实际效应。


一、研究技术


(一)石油污染土壤的微生物技术


微生物技术的重点便是微生物,而微生物存在与自然界,它们是自然界中不可缺少的生物[41]。在自然界中细菌、真菌、藻类或者微型原生动物等都可以叫微生物。在现代定义中,则是称为观察不到的微小生物[42]。微生物污染土壤的过程主要是在适当的条件下利用土著微生物或外源微生物降解石油烃的方法。人为主导的使用微生物进行降解石油污染物质的过程[43-44]。常见的微生物修复技术包括生物强化、生物刺激、土壤耕作法、生物堆法生物反应器、联合修复法等[45]。


(二)微生物修复技术中的生物强化


生物强化是指通过添加细菌或古菌来提高石油污染土壤中的生物降解速度的过程[46]。简单来说,就是将选定的具有强力降解能力的菌株投加进受污染的场所,通过高效的降解去除污染石油烃的过程。目前我国已发现一百多个属,两百多个种能降解石油烃,在其中能够降解石油烃的属一共有二十八个属,主要包括假单胞菌属、节杆菌属、产碱杆菌属、棒状杆菌属、黄杆菌属、芽孢杆菌属、微球菌属、微杆菌属等[47-49]。通过投加优质菌剂、营养物质或者适量的空气等对原位微生物进行强化,从而提高降解能力,促进修复,降低受污染浓度。而我们选定的高效降解菌是生物强化这条线上的枢纽,进行的过程有[50]:①从石油污染土壤中获取样本土壤,进而分离出适合菌株;②通过对比实验,挑选出降解能力强的菌株;③在反复对选出的菌株进行人工驯化;④在进一步挑选菌株;⑤最后得到降解能力最合适的菌株,并进行繁殖培育。


在通过来源分类,可分为外源微生物和原生微生物[51]。


外源微生物是一般从土壤中先行分离,在经过筛选培育,后大量生产,往土壤内添加,并解决石油污染问题。但是因为投加的是外源微生物,在进行强化过程会和原生微生物相碰撞,有几率无法实现优质的融合,造成所属外源微生物的高效降解菌无法存活的问题。


原生微生物则是污染场所当地的微生物,筛选后的原生微生物对原污染场所有较强的适应能力,会带来更高效的降解速率,适宜的修复受污染区域。


(三)微生物修复技术中的生物刺激


在油类污染修复过程中,生物刺激通过添加氧化剂、碳源以及营养物质等物质可刺激土壤微生物的强度和活性,从而提高油类污染土壤的微生物降解率。由于微生物对石油污染的降解能力极大,该方法在生物修复工程中得到了广泛的应用[52]。在做实验中如果投加碳源,可加入玉米淀粉、玉米粉、可溶性淀粉和葡萄糖等。营养物质则有过氧化氢、过碳酸钠、碘等。营养物质也可加入肥料中的氮、磷、钾等。


二、石油污染土壤的实验研究过程


(一)石油污染土壤的生物强化技术


乔俊等(2010)通过实验为添加营养物质可为石油污染土壤治理进一步提供解决问题的方案,且证明此法是可行的。实验是测定添加营养物质强化土著微生物,提高石油烃降解效率。实验开始先行计算土样含水量,用重量法检查土样石油烃。实验初期,土样最开始石油烃量为8.46%,营养元素碳、氮、磷比例不够,而NPK复合肥可帮助调节土样中的营养元素,促进微生物降解,提高降解率。实验时长为50天数,通过在实验对比组中加入腐殖酸和诺沃肥进行观察,各组实验的石油降解率都有明显增长。


黄廷林等(2008)学者利用邻单胞菌属SY23菌株,分别利用四种条件进行对比实验。对受污染土壤加不加入生物菌剂和是否翻耕这四种条件修复受污染土壤。实验是选择投菌加上翻土作为条件进行对比实验。实验研究是使4组实验组在自然温度下自然把控,但每天会加水保持水分,每隔四天去一次样,同时检测含油量,电导率,含水量pH值。从数据中可以得到实验土壤中的石油含量随着时间的变化都逐渐降低,石油去除率不断提高,电导率随时间变化慢慢降低至平稳切各组数据接近。


(二)石油污染土壤的生物强化技术


丁克强等(2001)学者研究通气对降解石油烃的效果实验,为后续研究进展提供数据。实验是进行通气技术,验证了通气对降解石油烃的效果达到预期效果。本次实验进行50天,在样本土壤中依次投加一定比例的营养元素,膨松剂和菌剂[57]。通过引入气体进入土壤并投入调好比例的样品。实验中记录对比随着通气量的变化降解率是如何变动的,经过四十八天,突出发现六个点的数据变化显著,在第10,17,24,31,34,48天的时候降解率有所明显显示。


李双强等(2008)学者研究了不同电子受体对微生物修复石油污染的效果,分批进行实验研究。首先驯化西安市获取的污泥,而后和另一污泥作对比,放入三角瓶内,按照顺序依次加入选取的电子受体,在使用高纯氮气对瓶内氧气吹脱,后加入苯搅拌分析等。以上实验是选择电子受体这种生物刺激方式进行实验,此实验是为重点讲解石油烃中的苯。


牛明芬(2005)学者的实验先测验菌株之间对石油烃降解效果如何,后进行拮抗实验,实验先试验集中细菌真菌相互搭配是否存在拮抗现象,实验证明相互间无拮抗现象后开始后续实验。实验选用高效降解菌B2020,真菌F2006,F2008,F6,F9904,F9902进行互配,对生物预制床中的各类油进行测定,实验天数进行了150天,于30天,90天,120天,150天,分别取样记录,发现表面活性剂对石油降解有促进作用。以上实验是选择生物刺激中的添加表面活性剂方式,通过添加表面活性剂,刺激微生物降解沥青质的效率提高,


结语


如今解决石油污染土壤的问题已突显实际,解决形势迫在眉睫。目前,已掌握的修复技术也不止几种,但是缺点明显,例如费用昂贵,劳动力支出大,修复过程安全程度低,降解率低等问题。这些问题都是需要解决的,而我们选择微生物修复技术,适合我国国情,对这些问题,有着更好的解决方法。


从前人学者的研究结果中我们优选生物强化和生物刺激修复方法。


生物强化技术是通过使用高效降解菌来强化受污染土壤中的微生物,增强土壤中微生物的石油烃降解能力,达到修复受污染土壤的一门技术。外源微生物对当地石油污染土壤的治理有时会差强人意,且还会改变内部微生物群落的组成部分,因此我们在选择受污染土壤时要斟酌对比,是选择外源微生物还是本土微生物。本土微生物长期处于受污染场所,在这种环境下,不断适应并且生长,因此在做实验的时候发现,本地微生物在降解此地污染场所的效果会好于外源微生物。


生物刺激是通过刺激微生物繁衍,激发活性和强度,从而提高土壤中微生物降解石油烃的能力的一种技术。从所归纳整理实验中我们可得知,氧气可以刺激微生,提高石油烃降解酶的能力,氧化剂、表面活性剂等都可以从中刺激微生物,从而使实验中的降解率显著增加。


而生物强化和生物刺激相结合解决石油污染土壤问题,考察所要治理土壤的环境因子,选取外源微生物和本土微生物进行对比,且在原位治理之前,先在实验室进行模拟操作,选出合适方案后,对原位污染场所进行措施。这种两者结合的方法也是可取的。


参考文献


陈彩霞.我国区域能源效率及其影响因素分析[D].沈阳:理工大学,2013.


崔丽虹.石油烃降解菌的筛选、鉴定及复合菌群降解效果的研究[D].北京:中国农业科学院,2009.


韩寒冰,刘杰凤,机油降解菌的分离及其降解特性研究[J].安徽农业科学,2009,37(21):9883-9884.


高宪雯.微生物-植物在石油-重金属复合污染土壤修复中的作用研究[D].山东:山东师范大学,2013.


鹿玲.西北黄土石油污染生物修复影响因素的研究[D].甘肃:兰州理工大学,2013.


彭胜巍.石油污染土壤的花卉植物修复研究[D].中国:天津南开大学,2009.

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