石油烃污染土壤的微生物修复技术研究现状

刘梦儒，王春勇，侯昕彤，朱博

（辽宁工业大学 化学与环境工程学院，辽宁 锦州121001）

随着我国石油行业的蓬勃发展，石油的开采、加工等过程产生了大量废水、废渣和废气等。其中废水排放、废渣堆放、废气沉降以及石油的渗漏等对土壤造成了不同程度的污染[1-2]。石油企业土壤污染物种类较多，以有机物为主。当污染物进入到土壤后，可能会影响土壤质地、压实度、渗透阻力，土壤肥力以及土壤重金属含量等，还可能污染地表水以及地下水[3-5]。此外，污染物还可能会改变生物和微生物种群结构，破坏土壤生态系统等[6]。石油企业污染土壤中污染物还可以通过呼吸、皮肤接触等进入人体，引起接触性皮炎、视觉和听觉幻觉障碍以及胃肠道疾病，以及增加儿童患白血病的风险等危害[7]。因而，对于石油行业引起的土壤污染问题亟需解决。

土壤微生物能够促进土壤物质转换和能量流动等[8-9]。在对石油行业污染土壤进行修复过程中，可以利用微生物或某些微生物过程去除或降解污染物。微生物可以将有机污染物转化为二氧化碳和水等，或者将复杂有机物转化成简单有机物[7]。

微生物修复既可以进行污染点的原位修复，又可以进行异位修复。原位修复法，如直接投菌（像化工企业污染土壤直接投放降解菌，并提供营养物质）、生物培养和生物曝气等[10]。异位修复主要是将污染土壤取出，通过堆腐法、生物反应器等在微生物的作用下修复污染土壤[10]。目前在国内外开展的石油污染土壤修复工作中，微生物修复已经取得显著生态效益和应用前景[11]。

1 石油企业土壤污染物——石油烃

石油烃主要由碳和氢两种元素组成，其组分能占到石油成分的95%以上，包含饱和烃、芳香烃、胶质和沥青质[12-13]。石油烃在土壤中具有疏水性和难降解性，因而其对土壤生态环境的危害较为持久[13]。根据我国发布的《全国土壤污染调查公报》显示，我国石油产区中石油烃是主要土壤污染物之一[14]。

目前针对石油烃污染土壤的修复技术有物理法、化学法和生物法。物理修复和化学修复法成本高，容易造成二次污染。而生物法中的微生物修复法则具有环境友好和不产生二次污染等优点，因而逐渐得到广泛应用。

2 石油烃污染土壤微生物修复

2.1 生物刺激技术

生物刺激技术主要是指通过外源添加营养物质和电子受体等，促进土壤中某些能降解石油烃微生物的繁殖与生长，从而促进微生物对污染土壤的修复[11]。侯爽爽[15]研究了有机肥对石油烃污染黄绵土的刺激修复效果，研究结果表明灭菌和非灭菌的有机肥都能提升土壤微生物数量和活性，并促进土壤中石油烃的去除。李振伟[16]等通过添加NH4NO3和木屑等研究了通过生物刺激白腐真菌降解胜利油田附近采集的石油烃污染土壤效果，研究结果表明NH4NO3添加量为1 g·kg-1时，白腐真菌对石油烃的降解率达到22.88%，而木屑质量分数为5%时，降解率达到23.77%。WU[17]等研究了添加营养物质氮和磷生物刺激修复石油烃污染土壤，研究结果表明培养实验进行到6 周后，石油烃降解了60%。

上述研究都是基于室内培养实验开展的生物刺激法研究。生物刺激法在使用过程中，受环境影响较大，因而修复效果差异较大，且投加外源刺激物时，必须适量才能保证最佳修复效果，这些都限制了生物刺激法在实际修复中的工程应用[11]。

2.2 外源添加降解菌修复技术

外源添加降解菌对石油烃污染土壤的修复，主要是指通过菌株与污染土壤培养或者将菌株制成菌剂向污染土壤进行投加。相关研究已经开展，例如吴蔓莉[18]等通过向石油污染土壤中加入石油烃降解菌（菌种GQ-1 等）菌液开展培养实验，研究了外源添加菌株对已经形成污染土壤的修复，研究结果表明经过13 周的修复后，污染土壤中的石油烃去除率可达42.3%，展现出良好的修复效果。袁婧[19]选用了12 株降解菌修复油井周围污染土壤，培养实验结果表明经过91 天修复，石油烃去除率达到了42.3%。田西昭[20]等通过复配降解菌群（包含萘降解菌和蒽降解菌等）结合振荡培养实验研究了沿海石油坑污染土壤的修复，实验结果表明复配降解菌群对石油烃提取液的降解率能达到 82%。GARGOURI[21]等从炼油厂废水的连续搅拌罐反应器中分离了微生物菌群，将其用于修复石油烃污染土壤，实验结果表明上述微生物菌群能将土壤中石油烃质量分数从 63.4 mg·g-1降到 2.5 mg·g-1。MUKHERJEE[22]等研究了添加外源菌株枯草芽孢杆菌Bacillus subtilisDM-04 和铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosaM 和Pseudomonas aeruginosaNM 修复石油烃污染土壤，研究结果表明接种180 天后，与对照土壤相比，添加外源菌土壤中石油烃降解达到了76%。外源添加降解菌修复技术的关键是需要筛选出高效的石油烃降解菌，通过使用单一菌株或者混合菌株开展修复工作[23]。

然而外源添加降解菌修复技术在实际土壤修复过程中，投加微生物可能与待修复土壤中土著微生物产生竞争关系，也可能出现无法适应土壤环境而失活等情况，从而影响修复效果[23]。

2.3 微生物固定化修复技术

微生物固定化修复技术主要是指利用载体固定微生物对污染土壤进行修复[13]。此技术可显著提高污染物的去除效率，并且载体材料多样化，可以循环使用。微生物固定修复土壤石油烃的载体材料包括无机材料、有机材料和复合材料等。载体搭载的微生物主要是已经筛选出的能降解石油烃的细菌、真菌和放线菌等[13]。

石丽芳[24]等使用了芦苇生物炭固定石油烃降解混合菌剂修复土壤，实验结果表明此种固定化微生物修复技术能在40天去除土壤中55.01%石油烃。白鹭[25]等研究表明微生物固定化修复技术对石油烃的降解能力普遍高于游离降解菌，其中秸秆固定化微生物比单独降解菌降解效率高40%以上。ZHANG[26]等使用了蘑菇基质制备生物炭并搭载微杆菌属MicrobacteriumH3 修复石油烃污染土壤，研究结果显示此种固定技术能有效地降低土壤石油烃浓度。CUI[27]等研究了微杆菌、头葡萄球菌、芽胞杆菌和藤黄微球菌等对人工老化石油烃污染土壤的修复，研究结果表明上述菌株的添加提升了35.59%石油烃去除率。微生物固定化修复技术通常固定化时间长，可能会影响微生物的活性。而固定化的添加剂也会对微生物产生不确定影响，从而影响固定化效果[13]。

2.4 微生物-植物联合修复技术

微生物-植物联合修复技术主要是基于微生物和植物复合体系，并利用二者间相互作用来修复石油烃污染土壤[28]。孔德康[29]等使用了小麦和紫花苜蓿各自结合高效降解菌DG17 修复天津大港油田石油烃污染土壤，研究结果表明经过70 天的修复，小麦结合菌株DG17 能使石油烃降解20.59%。张丽[30]等研究了含氮磷肥料、混合菌系PAH-M 结合碱蓬对天津油田区土壤的修复，研究结果表明上述组合对石油烃的降解率最高为47.3%。KIAMARSI[31]等研究了香根草（Vetiveria zizanioidesL.）结合混合石油烃降解菌（包含假单胞菌和芽孢杆菌等）修复人工老化的石油污染土壤，结果表明此种结合法能降解57.5%～84.6%的石油烃。此外，已有研究表明微生物-植物联合修复技术中某些植物还可以与根际微生物产生协同作用来修复石油烃污染土壤[32-34]。然而，目前微生物-植物联合修复技术大多停留在实验室研究阶段，后续开展实际场地修复，仍需进一步研究[35]。

3 结论与展望

本文综合论述了石油烃污染土壤微生物修复技术的研究，包括生物刺激技术、外源添加降解菌修复技术、微生物固定化修复技术以及微生物-植物联合修复技术。土壤微生物作为土壤生态系统关键的组成部分一直都是相关研究的热点，随着微生物研究方法和技术手段的不断创新，针对石油烃污染的微生物修复技术也将进一步发展。未来可以结合基因工程等手段，培育更高效的石油烃降解微生物，提升对石油烃污染土壤的修复效果。