利用剩余活性污泥修复石油污染土壤的探索研究

姜晓艳（中国石油辽河石化公司，辽宁 盘锦 124022）

利用剩余活性污泥修复石油污染土壤的探索研究

姜晓艳（中国石油辽河石化公司，辽宁 盘锦 124022）

含油剩余活性污泥（EOAS）是炼油污水生化过程产生的典型固体废弃物，但含有丰富的微生物资源、有机质以及营养物质。石油污染土壤（PCS）具有较高的生态风险，但由于缺乏兼具技术与经济性能的修复技术，使得PCS的规模化修复难以开展。本论文基于“以废治废”的思想，实验性探索了利用EOAS修复PCS的可行性。研究发现，EOAS中的石油降解菌群发挥了对PCS的修复作用，降解了＞40%的柴油以及＞20%的原油；而且可对土壤的有机质与全氮进行补充。

石油污染土壤；剩余活性污泥；以废治废；修复

炼油污水生化处理会副产大量的剩余活性污泥（EOAS），一般作为含油“危固物”被焚烧或填埋[1]。EOAS经过炼油污水的长期驯化，含有丰富的石油降解菌群，且有机质与总氮含量也会较高，焚烧或填埋处理会造成极大的能量损耗与资源浪费[2]。环境污染是石油石化工业高速发展的负面产物之一，中国存在着严重的土壤石油污染，因其具有污染物种类多，潜伏周期长，扩散面积广，环境风险高的特点，如果现在不能有效控制，未来可能进一步恶化。针对不断增多的石油污染土壤（PCS）案例所带来的环境与健康风险，修复技术在研究与实践中不断改进和创新。热解吸、土壤清洗等异位（ex-situ）修复因周期短、见效快而被广泛采用，但异位修复对土壤原有组成、性质及农业生态功能破坏性较大[3]。发展兼具清洁、节能以及生态友好等特性的微生物原位修复（in-situ）技术是未来趋势[4]。为此，本研究拟将EOAS的综合利用与PCS的微生物原位修复相结合，利用石油降解菌群加速修复，利用有机质与氮源营养改善土壤性能。探索一种同步生态化修复PCS并生态化利用EOAS的新途径。

1 实验部分

1.1 实验样品

EOAS样品取自辽河石化公司污水场的剩余污泥浓缩池。模拟石油污染的土壤样品取自该浓缩池附近区域的表土层，自然风干碾碎后过筛去除植物根茎和杂草。模拟污染源之一为原油（辽河油田超稠油）；污染源之二为0#柴油，购自北京昌平区某加油站。

1.2 实验方法

将40g土壤、2g原油或柴油、一定量的EOAS、约5mL的荞麦壳、0.386g尿素、0.101g磷酸氢二钾以及10mL蒸馏水混合均匀后置于培养皿内，在恒温恒湿箱内（温度30℃、湿度50%）进行培养。每组修复实验平行开展三次，在0d至90d内定期取样分析。土壤样品编号C-PCS表示仅添加原油污染源，D-PCS表示仅添加柴油污染源；编号C+1A-PCS表示添加原油污染源以及1mL EOAS，D+1A-PCS表示添加柴油污染源以及1mL EOAS；编号C+10A-PCS表示添加原油污染源以及10mL EOAS，D+10APCS表示添加柴油污染源以及10mL EOAS。

2 结果与讨论

2.1 EOAS及土壤基本性质

由表1可知，EOAS样品具有很高的微生物FDA活性，说明存在活性的微生物群落，具有降解石油类污染物的潜力；而土壤样品本身的FDA活性则相对要低得多。EOAS中有机质与全氮的含量要远远高于土壤基础值，具有改良土壤的潜力，值得注意的是石油污染物也会贡献一部分有机质含量。但是EOAS中的含油量，以及部分重金属（Cun）含量要远高于土壤基础值，因此EOAS在PCS修复中的投加量要适度控制。通过含油量与有机质含量数据可以判断，EOAS中的有机质主要由微生物有机体所贡献，石油类污染物对有机质的贡献率非常低。

表1 EOAS及土壤样品的基本性质分析

图1 EOAS修复PCS过程中微生物数量（a）与FDA活性（b）变化

Zn Ni mg/kg干土mg/kg干土60．9 17．7 8340 49．1

2.2 微生物数量与活性变化

EOAS修复PCS过程中微生物数量与FDA活性变化趋势见图1。微生物数量与活性在修复初期出现了暂时下降的现象。随着微生物种群结构逐渐达到平衡并适应环境，微生物开始加速利用混合土样中的碳源与营养，使得微生物数量与活性显著增加[5]。微生物数量在10-40d内、FDA活性在15-55d内的修复期内均保持了高位，通过在PCS中添加EOAS可以增加微生物数量与活性。增大EOAS添加量对于改善原油污染土壤中微生物与活性的程度较小，但是对于柴油污染土壤环境中微生物与活性改善非常明显，说明碳源类型对微生物功能的发挥非常重要。

2.3 石油类污染物的变化

EOAS修复PCS过程中的含油量呈持续下降的趋势（见图2）。作为空白样的C-PCS在90d修复期内含油量由32209mg∕kg降至26615mg∕kg。可见在适宜的环境条件下，土壤中的土著菌群在驯化后也可以利用石油类污染物作为碳源实现17.4%的降解率。通过添加不同量的EOAS，C+1A-PCS与C+10A-PCS在90d修复期内对含油量的降解率仅分别提高至19.4%与20.9%。空白样D-PCS在60d修复期内含油量由41236mg∕kg降至28637mg∕kg，降解率达到30.5%。在添加EOAS后，D+1APCS与D+10A-PCS在60d内的含油量降解率均可提高至43.4%。轻质含油组分是微生物相对容易利用的碳源，添加少量EOAS就可以实现微生物接种，利用相对优质的碳源快速生长并实现对轻质含油组分的降解，通过增加EOAS改善对柴油污染土壤的修复是没有必要的。

图2 EOAS修复PCS过程中的含油量变化

2.4 土壤性质的变化

有机质含量与土壤性质密切相关，是评价土壤肥力的重要指标。但由于石油污染物也会贡献有机质，因此并不表示有机质含量越高土壤性质越好。随着微生物逐步降解石油污染物及其他可利用碳源，PCS中的有机质含量在EOAS修复过程中缓慢下降（图3）。由于轻质石油组分可以被微生物较大程度降解，增加EOAS用量并不影响修复后柴油污染土壤的最终有机质含量。在添加EOAS后，PCS在修复终点的有机质含量要明显高于原始的土壤样品，有机质含量明显提高，但其中有小部分比例由含油量所贡献。氮源含量与植物、微生物的生长关系密切。在EOAS修复PCS过程中，全氮含量呈持续下降趋势（图4），恒温恒湿箱内是宏观的好氧环境，但在培养皿内部存在微观的缺氧环境；因此全氮含量可以在微生物的硝化-反硝化作用下有所降低。EOAS投加量对修复后土壤中全氮含量的影响并不显著，但相对于初始土壤全氮含量已有了明显的提高。

图3 EOAS修复PCS过程中有机质含量变化

图4 EOAS修复PCS过程中全氮含量变化

3 结语

上述实验性探索说明了EOAS具有修复PCS并改善土壤的潜力。在EOAS中石油降解菌群与土壤中本源菌群的共同作用下，可以降解PCS中的轻质石油组分，但不能降解PCS中较重的石油组分。在PCS中增大EOAS投加量后，可以改善轻质石油组分的降解效率，但对较重石油组分降解的促进效果十分有限。EOAS中丰富的有机质与全氮可为土壤提供适度补充，但同时也有在PCS中引入外源石油污染物的风险。EOAS修复PCS的最优条件及其负面影响还需要更详细的实验设计进行验证。

[1]郭绍辉,彭鸽威,闫光绪,等.国内外石油污泥处理技术研究进展[J],现代化工,2008,28(3):36-39.

[2]赵虎仁,苏燕京,叶艳,等.石油炼厂含油污泥无害化处理初步研究[J],石油与天然气化工,2003,32(6):396-398.

[3]Faisal I.Khan,Tahir Husain,Ramzi Hejazi.An overview and analysis of site remediation technologies[J].Journal of Environ⁃mental Management,2004,71:95-122.

[4]丁克强,孙铁珩,李培军.石油污染土壤的生物修复技术[J].生态学杂志,2000,19(2):50-55.

[5]徐金兰,黄廷林,唐智新,等.高效石油降解菌的筛选及石油污染土壤生物修复特性的研究[J].环境科学学报,2007,27 (4):622-628.

姜晓艳（1981-），女，工程师，毕业于中国石油大学（北京）环境工程专业，硕士，现从事环境保护科研研究工作。