原油污染土壤生物修复研究进展

王春，姜岩，岳希权

(1.重庆工商大学 废油资源化技术与装备教育部工程研究中心，重庆 400067;2.哈尔滨顺悦时兴科技开发有限公司 科技发展部，黑龙江 哈尔滨 150016)

随着石油工业的快速发展，在勘探、开采、炼制和储运石油过程中，由于操作或维修不当或事故泄漏等原因，会导致一些石油泄漏在地面上，污染了周边土壤。油田生产过程中产生的石油类溢出，这些泄露的石油对环境(土壤、地表水等)造成污染［1］。

含油土壤的生物修复是指利用土著微生物或外源微生物的代谢活动，然后优化土壤环境的条件，使这些微生物加速分解石油烃等污染物，从而达到修复被石油污染的土壤的效果［2-5］。本文论述了利用原位生物修复和异位生物修复处理原油污染土壤的最新进展。

1 原位生物修复

原位生物修复是指不需将污染土壤搬离现场，直接向污染土壤投放N、P 等营养物质和O2，促进土壤中土著微生物或外源微生物的代谢活性，降解石油烃等污染物。原位修复过程主要依赖污染地自身污染物的降解能力、投加的外源微生物和人为创造适合微生物本身的降解条件。原位生物修复主要包含以下几种方法。

1.1 原位地耕法

地耕法是指利用土壤中自然存在的微生物，一般都要投加有机肥，来平衡土壤中的C、N、P 比，并调节土壤的酸碱度及水分，优化生物降解烃类的条件，进行机械翻耕以改善土壤的充氧程度，同时要使有机污染物在土壤中混合均匀，最终将污染物转化为CO2、水等无害物质［6］。Hansen 等［7］在一个木材处理厂做了污染土壤的生物修复方法研究，来评价不同耕作方式对生物修复效果的影响。两个试点的不同微生物群落因供养等多个因素的差异快速繁殖，但是最终污染物的降解结果是相同的。胜利油田用土著生物对含油污泥污染的土壤进行修复，在这期间添加有机肥并且进行机械翻耕。经过8 个月的处理后，污泥含油量从126 g/kg 降至110.2 g/kg，而且污泥的毒性显著降低。另外还表明，添加有机肥调理剂和外源降解菌，能够加快微生物对含油污泥的降解速率［8］。地耕法处理含油土壤的最大优点在于在土壤中加入肥料，利用土壤中的微生物把油分解成无害产物(水和二氧化碳)，这是自然过程，因此该方法节约成本，适用于浅层土壤、污染物较易降解和渗透性较差的土壤［9］。该法存在很大的缺点，对于微生物难以降解的沥青质和高分子蜡残留在农田中，这些污染物可能从土壤迁移到空气和地下水中造成污染，并且在冬季较长的地区，土壤中的自然微生物活性降低导致降解过程较慢，而且该法占用的面积比较大［10］。

1.2 生物通气法

生物通气法是指在土壤表层打几口井，利用鼓风机将空气加入土壤，然后利用抽真空机将空气抽出，这样不仅可以去除土壤中易挥发的气体，而且可以加快微生物的代谢作用。这是一个加压氧化降解过程，用于修复浅层地下水上方通气层的土壤。杨福俊［11］认为在通空气过程中，混合一部分氨气作为氮源，有效促进了微生物生长，提高微生物代谢活性，使石油污染物的去除效率大大提高。何炜等［12］采用真空抽提对受污染土壤进行处理，264 h 后，测得土壤中石油烃平均去除率高达89.29%。这说明真空抽提对石油污染土壤的生物修复效果影响很大。制约生物通气法的主要因素是当地的土壤结构，因为如果土壤结构不适宜，就会导致一些营养物质和空气在到达污染区域前已经被消耗。

1.3 投菌法

投菌法是指通过人为向受污染的土壤接入外源微生物，需定期把H2O2和营养物质投加到土壤中，把石油烃等污染物现场彻底降解为CO2和水等无害物质。Sanjeet 等［13］用投菌法对4 000 m2受石油烃(TPH)污染土壤进行处理，投加外源菌和N、P 等营养物质的土壤中TPH 降解率高达92%，而未添加外源菌和营养物质的土壤中TPH 降解率仅为14%，这说明投菌法修复含油土壤的可行性。杨茜［14］向油污土壤中投加SZ-1 降解菌可以显著提高土壤细菌群落的多样性，该外加菌与土壤中的土著菌存在着协同修复作用。越复杂多样性的细菌群落结构，对石油烃的降解效果相对越好。课题组［15-16］也先后从油田污油、废润滑油，以及油污染土壤中分离出多株野生型具有不同石油烃降解能力的菌种。该方法优点是可以在治理石油污染的同时，将治理对生态系统的影响降低到最小，很有发展前景［17］。但是，由于自然环境中降解油田的土著微生物菌落一般浓度较低，导致微生物降解石油烃的效率低下，降解周期变长。因而，通常先从自然环境中筛选降解菌种，加以改良变成高效菌种群，从而培育适应性强的、高效污染物降解菌种群，再将其投入污染环境中，有针对性地提高去除PAHs(多环芳烃)等难降解成分的降解效率。

1.4 生物培养法

生物培养法是通过人为定期的把营养物质和H2O2投加到土壤里，来满足土著降解菌的需要，通过增强他们的代谢活性，将石油烃等污染物转化为CO2和H2O 等无害物质。

生物降解酶可促进土壤中难降解石油烃的生物降解，氮、磷化合物可以诱导生物降解酶组分，这样就促进微生物生长，增强微生物活性，从而使污染物转化为无害物质［18］。孙万虹［19］对氮、磷含量很低的西峰长庆油田区油污土壤进行微生物修复，人为将氮、磷物质按C∶N∶P=100∶10∶1 比例添加进入土壤，对混合微生物菌剂修复石油污染土壤具有显著促进效果，高浓度区和低浓度区最大降油率平均分别达到52.5%和33.44%。Lee 等［20］将原C、N、P比例1 160∶4∶1 土壤里添加营养元素，分别调节为500∶10∶1 和100∶10∶1，经过105 d 后，分别测定两种含油土壤里润滑油的降解率，结果显示前者降解率高达42% ～51%，而在相同条件下，后者降解率仅为18%。上述表明在含油土壤中添加营养物质，提高了石油烃的生物去除率。因此，应按合适的比例适时适量的向土壤中添加营养物质，这样有利于含油土壤的微生物修复。

2 异位生物修复

异位生物修复是采用挖掘土壤或抽取地下水等措施移动受污染的土壤、沉积物到邻近地点或反应器内，采用生物法进行处理，使污染物降解为无害的物质［21］。异位生物修复主要包含以下几种方法。

2.1 生物堆肥法

生物堆肥法是指将受污染的土壤挖掘出来，运送到一个合适的地点进行生物处理，处理后的土壤运回原地。该过程需要向污染土壤中加入土壤调理剂，来提供微生物生长所需的营养物质，该过程还需要控制好pH 和温度，来增强微生物的活性，从而达到修复土壤的目的［22］。此法对去除高浓度的固体有机复合物是非常有效的，因为它利用生物降解石油烃的特性，树叶、割草、麦杆、干草或有机肥可以作为调理剂或物质来满足微生物生长过程需要的热量［23］。上述这些物质价格低廉，有些甚至是废弃物。将这些物质用于土壤修复，既可修复土壤，还降低了运行成本。Sarkar 等［24］向被柴油污染土壤中添加果蔬和脚料，经过3 个月的处理，测得土壤含油量降低了85%。Wan 等［25］在柴油污染土壤上进行试验，分别向土壤中添加有机肥料和进行堆肥后，修复效果得到很大的提高，其中土壤中石油烃的降解率超过90%。与地耕法相比，堆肥法的优点是处理时间短、处理费用低、处理后的废弃物可以直接施于农田，适用于高石油烃含量和冬季较长的地区。

2.2 生物反应器法

生物反应器法也称生物泥浆法，将石油污染土壤挖出来，运送到准备好的生物反应器内，进行生物处理，处理后的土壤运回原地。该过程需要以水为介质，同时加入表面活性剂、营养盐，同时鼓入空气，搅拌使微生物与污染物充分接触来降解石油烃类物质。生物反应器的方法适用于含油污泥和油污染土壤的修复，也可以用于含油废弃物的预处理，对高浓度的重油污染土壤处理效果较好［26］。Ellis 等［27］用生物反应器法对斯德哥尔摩中部石油污染土壤进行治理，与治理前相比，土壤中PAHs 的浓度降低了70%。此法容易人为控制各种工艺条件，因此该方法处理效果好、处理时间短。反应器修复实际是堆肥法的重新构造，他们具有相同的污染物降解途径和微生物之间的作用，只是在过程中增强了电子受体、营养物及其他添加物的效力，因而降解率和降解速率最高。反应器修复可以提供最大程度的控制，是条件最理想、灵活的修复方法。

2.3 预制床法

预制床法是将受污染土壤置于一个不泄露平台上，通过人工向土壤中补充营养、空气，并加以适度翻耕，保证微生物和土壤充分接触达到修复土壤的效果。预制床法可以使污染物的迁移量降到最低，因为其具有控制、排放和收集滤液系统。Liu 等［28］采用该方法对油田含油污泥经行处理，在搭建的温室中放置了预制床，在处理过程中，根据需要将有机肥料、调理剂添加到含油污泥中，向污泥中接种石油烃降解菌。结果表明，经过半年的处理，不同修复条件下油脂含量降低率达到28.5% ～46.3%，而在对照处理中仅为16.3%。李培军等［29］在实用规模的预制床上处理多种原油污染土壤，通过投加菌剂、肥料、控制pH 值和水分，经过60 d 的运行，石油总量的去除率达到38.36% ～57.74%。该方法工艺条件易控制、修复效果较好，同时可以有效防止污染物迁移到环境中，但该方法具有成本高、操作较复杂以及油污土壤运输困难等缺点，且不适用于大面积土壤污染的修复。

3 结束语

原位生物修复优点是污染物不需要转移，成本低、简单。缺点是过程难以控制。异位生物修复优点可以在土壤受污染之初限制污染物的迁移和扩散，也可以通过安装生物反应器，促进生物降解速率。缺点是修复费用高，在运输过程中会破坏原地点的土壤生态结构。今后，还有以下工作值得进一步深入研究:①原位生物修复中，由于氧的传输过程是关键，因此土壤的渗透性是此法能否成功的关键;②异位生物修复中对于被挖地点的土壤生态的善后处理，由于污染土壤的挖掘，使原有生态结构遭到破坏，所以对挖掘土壤的善后处理技术的研究应该重视;③生物修复和其他修复技术的结合利用。根据污染土壤的具体状况制定针对性的治理方案，将物理、化学、生物3 种修复方法相结合，构建高效的修复体系。

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