生物质修复石油污染土壤的研究进展

史作然，单广波，闫 松，刘 宇

（中国石油化工股份有限公司 抚顺石油化工研究院，辽宁 抚顺 113001）



生物质修复石油污染土壤的研究进展

史作然，单广波，闫 松，刘 宇

（中国石油化工股份有限公司 抚顺石油化工研究院，辽宁 抚顺 113001）

随着石油污染土壤问题的日益突出，对石油污染土壤修复的研究也越来越多。主要综述了畜禽粪便、园林废弃物、小麦秸秆等生物质在修复石油污染土壤方面的作用。对生物质的利用主要包括三种：直接施加到土壤上、和被石油污染的土壤进行生物堆肥以及经高温裂解得到生物炭来修复石油污染土壤。这几种方法都能够在一定程度上对石油污染土壤进行改善和修复。不过，这些方法都还只局限于实验室研究，还需要进一步研究将其应用于实际中。

石油污染土壤；生物质修复；生物堆肥；生物炭

在石油的开采、储运和炼制过程中，石油及其产品的跑、冒、滴、漏现象会造成不同程度的土壤和地下水等被石油污染的问题。在因石油泄漏而引发的生态问题中，对土壤造成的污染最为严重，主要是影响了土壤的透水透气性，改变了土壤的有机质的组成和结构，从而进一步影响了植物的生长和微生物的生活［1］。所以，对石油污染土壤修复问题的研究也越来越多。

1　石油污染土壤的生物修复方法

石油污染土壤的修复方法根据所采用的技术类别，主要分为物理方法、化学方法和生物修复方法；根据修复过程中土壤位置是否移动，又分为原位和异位修复方法。由于生物修复方法修复效果好、不产生二次污染，所以越来越受到关注。本文就主要介绍石油污染土壤的生物修复方法。

生物修复方法包括动物修复方法、植物修复方法和微生物修复方法。在石油污染土壤的修复方法中，对于动物修复方法的研究较少，主要是利用蚯蚓进行修复，这是因为动物活动性强，容易造成动物修复之后污染物分布不均匀的情况［2］，而对植物修复方法和微生物修复方法的研究较多。植物修复方法就是通过在被石油污染的土地上种植植物，利用植物对污染物进行吸收、降解，然后将植物收获而使土壤恢复的一种修复方法。微生物修复方法就是将对石油烃类有降解能力的微生物添加到土壤中进行修复的方法。和植物修复方法相比，微生物修复方法具有周期短的优点。

2　生物质修复石油污染土壤的方法

在生物修复方法中，不得不提的还有利用生物质对石油污染土壤进行修复的方法。这里所提到的生物质是一种狭义的概念，也就是指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等物质。利用生物质进行石油污染土壤修复是一件“一举两得”的事情，因为生物质分布广泛，大量被浪费，污染环境，尤其是全国大面积小麦的种植导致收获季节大量小麦秸秆的露天燃烧产生废气污染环境最为严重。田贺忠等［3］的研究表明：2007年中国生物质燃烧排放的NOX、SO2、PM、NMHC（非甲烷总烃）、CO、CO2、CH4和BC（炭黑）排放量分别为109、17、362、303、5 930、94 663、220和43万t，其中秸秆和薪柴的燃烧对NOx、NMHC、PM、CO、CO2、CH4和BC排放量的贡献最大，二者合计贡献了95%左右的排放量。

2.1畜禽粪便修复方法

在生物质修复石油污染土壤的研究中，利用畜禽粪便对石油污染土壤修复的研究颇多［4，6］。早在1996年，Gian Gupta、Jianmei Tao［7］就利用家禽粪便对受汽油污染的土壤进行生物修复，根据以往的经验，在修复土壤的过程中，微生物的密度会增加2～3个数量级，然而，同时也有可能会产生有毒中间体增加土壤的毒性，所以通过量化微生物密度的变化和监控降解产物的毒性来研究家禽粪便对土壤修复的影响。而实验结果发现，在家禽粪便修复土壤的过程中，微生物密度是有了变化，但是并没有产生有毒性的副产品。Gian Gupta、Jianmei Tao的工作证实了家禽粪便对汽油污染土壤的修复有一定的作用，并没有具体量化。 Ezenne G I等［8］考察了家禽粪便在降低石油污染土壤中总石油烃和多环芳烃含量的作用以及家禽粪便的施用量对修复效果的影响，并给出了具体的数据。实验采集了南尼日利亚三个不同地点的受污染土壤，并分别测定了土壤中总石油烃和多环芳烃的含量以及 PH。然后向其中加入家禽粪便，使其质量分数分别为0%、5%、10%和 25%（都是干重），培养六周后分别测定土壤样品中总石油烃和多环芳烃的含量以及 pH。实验结果表明：随着家禽粪便浓度的增加，土壤中总石油烃和多环芳烃的含量降低，在家禽粪便质量浓度为25%时，总石油烃浓度和多环芳烃浓度分别平均降低了21.9%和11.6%；pH先降低后升高，最后接近中性。所以，家禽粪便不仅能够降低石油污染土壤中的烃类浓度，还能够调节土壤的 pH。但是畜禽粪便在修复石油污染土壤中的能力有限，只能够在一定程度上改善受石油污染土壤的条件，而不能够完全将土壤中的石油烃和多环芳烃降解，所以畜禽粪便不能够单独用于修复石油污染土壤，但是可以作为土壤改良剂和其它的修复方法结合起来使用。

对于上述几种修复石油污染土壤的现象，Alexander M.［9］认为畜禽粪便能够修复石油污染土壤的主要原因是，畜禽粪便能够为土壤中的微生物种群提供营养，从而加速了微生物对土壤中石油烃和多环芳烃的降解，这些物质还能够改良土壤结构、增强土壤的保水能力。

2.2废弃生物质生物堆肥修复方法

生物质除了直接施加到土壤上，还可以进行生物堆肥来修复石油污染土壤［10-12］。Gestel K V等［10］将被柴油污染的土壤和生物废弃物（主要是蔬菜、水果和园林废弃物）按照1∶10（鲜重）的比例混合后放置 12个星期进行堆肥，在适当的堆肥温度下，柴油的降解率高达85%。石油污染土壤和生物废弃物进行堆肥的比例也会对微生物的活性有影响，Wan Namkoong等［11］利用污泥和柴油污染土壤进行堆肥来降解土壤中的石油烃，并得出柴油污染土壤和有机修复剂比例为1∶0.5时，土壤中的石油烃降解速度最快。Thomas， J.M.等［12］认为植物废弃物和污泥能够修复石油污染的可能原因是植物废弃物和污泥中含有大量的氮和有机物质，而且它们具有微生物多样性，含有丰富的微生物种群。这和畜禽粪便修复石油污染土壤的机理很相似。

上述两种修复方法，不需要对生物质进行改变，生物质可直接用于石油污染土壤的修复。下面介绍的这一种方法需要对生物质进行加工后用于修复石油污染土壤。

2.3生物炭修复方法

生物质除了直接和土壤混合进行土壤修复外，还可以将生物质原料置于完全绝氧或部分缺氧条件下得到生物炭应用于石油污染土壤修复［13］。制备生物炭的生物质原料很丰富，有研究用芦竹［14［15］、造纸污泥［16］、小麦秸秆和木屑［17［18-20］，而对受石油污染土壤中的修复研究比较少。朱文英、唐景春［21］对生物炭应用于石油污染土壤的修复进行了研究，他们首先得到小麦秸秆缺氧裂解制备生物炭的最佳条件，然后利用300 ℃、6 h条件下制得的生物炭对大港油田受石油污染土壤进行修复，结果表明，经修复14天后，受石油污染土壤中总石油烃的降解率为 45.48%。孔露露、周启星［17］对比了在不同温度条件下制备的木屑和麦秆生物炭对石油污染土壤修复的效果。研究发现，由木屑和麦秆制备的生物炭对土壤中的芳香性化合物的吸附能力要高于直链烷烃的，这是由于生物炭质地均匀，有巨大的层状结构［22］，而芳香性化合物是平面结构，所以就相对较容易被吸附。而且，在不同温度下制备的麦秆和生物炭对芳香性化合物的吸附能力也不同，生物炭的吸附能力和制备生物炭的原料有关。

孔露露、周启星［23］认为生物炭修复石油烃污染土壤的重要机制是生物炭对土壤中的石油烃能够起到固定和吸附的作用，这也是由生物炭表面通常为高度芳香化结构和部分羟基、酚羟基和羰基等官能团所决定的。由于生物炭的固定和吸附作用，生物炭还可以作为载体，通过对微生物的吸附来降解石油烃［24，25］。不过在这种修复方法中，生物炭只是起到了载体的作用，真正起到修复作用的是微生物。

3　总 结

畜禽粪便、废弃生物质以及生物质堆肥修复方法的共同特点是：都是直接将生物质和受污染土壤混合，然后发生反应使石油污染土壤中的有机物降解。

在生物质应用于石油污染土壤的修复中，畜禽粪便以及废弃草木通过直接施加到土壤中的方式起作用，主要是利用了畜禽粪便本身以及废弃草木堆肥后产生营养物质。生物质经裂解后得到的生物质炭应用于石油污染土壤修复中，主要是利用了它的吸附性。不过这些方法都只是实验室研究，还没有应用到实际中。而且多数实验都是短期实验，还需要长期的实验。而且对植物废弃物和畜禽粪便能够修复石油污染土壤的作用机理还没有研究很透彻。

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Research Progress of Biomass Remediation Technology for Oil-contaminated Soil

SHI Zuo-ran, SHAN Guang-bo, YAN Song, LIU Yu
(Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals, SINOPEC, Liaoning Fushun 113001, China)

As the problem of soil contaminated by crude oil becomes increasingly prominent, the research on remediation of petroleum contaminated soil is also more and more. In this paper, the effect of the biomass, such as poultry excrement, garden waste and wheat straw, on the remediation of petroleum contaminated soil was summarized. The use of biomass mainly includes three types: direct addition to the soil, bio compost with oil-contaminated soil and use of biochar obtained by high temperature pyrolysis of biomass. These methods can improve and repair the oil contaminated soil in a certain degree. However, these methods are only limited to laboratory research, and further research is needed to be used in practice.

crude oil-polluted soil; biomass remediation; bio-compost; biochar

史作然（1988-），女，山东省济宁市人，助理工程师，硕士研究生，2013年毕业于石油化工科学研究院应用化学专业，研究方向：环境监测及治理。E-mail：shizuoran.fshy@sinopec.com，电话：024-56389453。

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A

1671-0460（2016）05-0992-03

基金来源：中国石油化工集团公司资助项目，编号：总合-HB1306

2016-01-06