电化学-微生物-植物联合处理工艺修复低浓度含油污泥的研究

文_张永波 北京神州瑞霖环境技术研究院有限公司

含油污泥按照《按照国家危险废物名录》属于HW08 危险废弃物，在原油开采、运输、储存和炼制过程中会大量产生。

含油率较高的污泥因具有一定的原油回收价值，一般可通过热解处理或调质离心技术进行资源化利用，而对于含油率较低（5%左右及以下）的含油污泥，一般可直接通过无害化技术进行处理。微生物-植物-电化学联合处理方法既可利用植物/微生物的环境友好、经济实用的特性，又能采用电场对生物处理进行强化，具有很好的开发和应用前景。

1 电化学-微生物-植物联合处理工艺技术分析

1.1 微生物处理技术原理

含油污泥中石油降解菌以石油烃类作为唯一碳源进行增殖，将石油烃类进行吸附降解并最终完全碳化。石油成分复杂，包括烷烃、环烷烃、芳烃等，其降解性因其所含烃的结构和分子大小而不同，导致降解效果存在差异；其中直链烷烃最容易降解，相反环状芳烃类结构比较稳定，二、三环芳香烃较容易降解，五环及以上很难被降解，速度也比较缓慢。

1.2 植物修复技术原理

该技术原理主要是植物转化或植物降解作用，通过植物体内的新陈代谢作用将吸收的石油烃污染物进行分解，或者通过植物分泌出的化合物（例如各种酶等）的作用对植物外部的污染物进行分解。同时，植物也有很强的吸附作用，其羽装根系具有强烈的吸持作用，可以将有机污染物吸附在根系表面及周围的土壤中，从而使其无法发生运移，这种特点也使得植物修复技术于同生物修复技术进行联合，发挥更强的耦合作用。

1.3 电化学处理技术原理

电化学处理是一项新兴的含油污泥处理技术，通过电渗析、电迁移和电泳等联合作用进行含油污泥的降解。在实际的修复过程中，当土壤中插入电极后会发生类似水的电解的反应。土壤中的石油烃类污染物在电场作用下随土壤孔隙液产生定向移动，并在电极附近发生一系列氧化还原反应，类似裂解与水解酸化反应最后生成CO2+H2O。

1.4 联合处理技术原理

目前国内外常用的生物联合处理方法包括电化学-微生物耦合处理技术和微生物-植物联合处理技术。

微生物-电化学法是一种将电场与生物法相结合的技术，在适当的电场作用下，为微生物改变了原有的电位差，破坏微生物细胞内外的离子量，从而加快了微生物对营养物质的利用，同时电化学修复时会发生类似于电解水的反应，阴极阳极会产生氧气、氧气和一些带电离子，可被微生物利用提高代谢污染物的能力。

植物-专性降解菌联合修复是在用植物修复土壤的同时，加入具有强降解能力的专性降解菌，过一系列化学反应将重金属转化将石油烃降解为无害物质，更有效地处理被含油污泥污染的土壤。

2 试验材料与方法

2.1 试验材料与仪器

材料：油田经离心分离后产生的较低浓度含油污泥；菌剂：由油田周边土壤及含油污泥中富集分离得到的混合菌系，经驯化、纯化及扩大培养得到试验用的混合菌剂；膨松剂采用玉米秸秆粉。

实验设备：MAI-50G 型红外测油仪，FA1004 型分析天平，pH 计、恒温干燥箱、电控柜、热电阻、土壤湿度传感器、加热箱、300L 小试反应箱、2000mm×1200mm×600mm 中试试验槽、电极棒、电缆。

2.2 试验方法

为了更加贴近实际的修复环境，在自然温度条件及敞开环境下进行含油污泥的降解修复。槽口上部敞开，自然通风，槽体底部使用带孔盘管进行定时鼓风，1 天2 次，每次1h。中试含油污泥约1.5t，菌液添加量为7%，膨松剂添加量为5%，充分搅拌混合后装入试验槽，料堆高度为500mm。本实验同时设置对照组，室温下自然通风，取样周期同实验装置中的样品一致。

正负电极间距50cm，采用电控柜输出直流电，电压控制在36V，反应槽内的土壤湿度控制在50%左右；中试试验槽装载完毕后，隔天在槽内堆体表面撒布四季青草种。

试验开始后，至少每隔15d 采集污泥样品检测含油率变化。

2.3 检测方法

在修复开始前以及修复过程中定期采集油泥样品，采用烘干称重法测定含水量，采用红外测油仪测定含油量。

3 结果分析

本试验周期为150d，经修复后的土体上四季青长势较好，而对照组中草种成活率较小及长势较差。

含油率5%左右的含油污泥在经过60d 左右的生物菌剂+植物修复+电化学作用之后，含油率可以降低到2%以下，且撒布的四季青草生长较旺盛；对照组不添加菌剂，洒水湿润后撒布四季青草种，经过90d 后含油率维持在2.8%左右，后期变化不大，且四季青草种发芽率极低，说明其土壤条件仍然不适合于植物的正常生长。

修复过程中，在实验的前15d，反应箱和对照组土壤中石油的降解速率都较快，这可能是由于实验开始阶段正处于夏季，气温较高，油泥中易挥发成分在敞开环境中迅速挥发所致；试验开始的15 ～75d，反应箱油泥中的石油烃组分在电化学-微生物-植物的协同作用下进行降解，分解为无害物质。易挥发组分在开始阶段的60d 内逐渐挥发，后期挥发量逐渐减少。因此，对照组的含油率后期一直维持在2.8%～2.9%。

实验的90d 之后，含油污泥降解速率趋于平缓，这主要是由于进入10 月中旬以后，因实验地点处于北方气温逐渐降低，平均温度只有10℃左右，因而微生物活性以及植物的降解性能大大降低，且后期由于污泥中剩余的高分子石油烃组分较难迁移，从而使得土壤中石油的降解速率趋近于零。

4 结语

含油污泥处理工艺的选择要综合考虑经济性、技术可靠性和环境友好性，单独一种方法很难适应含油污泥处理中遇到的各种问题，因此开发一种适应性强且经济可靠的联合处理方法迫在眉睫。

在电场强度72V/m，同时添加生物菌剂和膨松剂以及播种四季青草种的试验条件下，经过60d 的修复后，含油污泥含油率可从5%降低到2%以下，能够达到《陆上石油天然气开采含油污泥资源化综合利用及污染控制技术要求》的指标要求。因此，电化学-微生物-植物处理工艺作为一种创新性的联合处理方法，能够综合各工艺的环境友好和经济可行等优点，可以为含油污泥综合处理提供一种可行的处理方式，具有较好的开发和应用前景。