修復(fù)攻略 | 石油烴污染修復(fù)技術(shù)之“好氧微生物修復(fù)技術(shù)”

環(huán)境修復(fù)網(wǎng)訊:基本原理

微生物修復(fù)技術(shù)是指通過向污染土壤或地下水中投加高效降解微生物或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)為微生物創(chuàng)造適宜的水分、氧氣、pH等生長(zhǎng)條件，促進(jìn)微生物降解環(huán)境中的有害物質(zhì)或降低污染物毒性，達(dá)到修復(fù)目的。

微生物、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和生長(zhǎng)條件是決定微生物修復(fù)成功與否的三個(gè)關(guān)鍵因素，由此也引申出了微生物修復(fù)領(lǐng)域的三個(gè)重要研究方向：基于高效降解微生物菌劑的生物強(qiáng)化技術(shù)、基于營(yíng)養(yǎng)劑和功能助劑的生物刺激技術(shù)以及旨在創(chuàng)造微生物生長(zhǎng)代謝適宜條件的修復(fù)工藝研究。

微生物“吃掉”污染物的過程

前提條件

石油烴能夠被微生物降解是有其先天條件的，下表是石油烴各組分的生物降解特點(diǎn)，可以看到，對(duì)于短鏈脂肪烴、單環(huán)芳香烴、3環(huán)以內(nèi)的多環(huán)芳烴來說，微生物降解性良好。而石油烴中的其他組分雖然生物降解性稍差，但對(duì)于微生物來說也并不是無能為力，無非就是需要更長(zhǎng)的降解時(shí)間、更多更高效的降解菌種、更優(yōu)越的降解條件而已。需要注意的是，對(duì)石油烴來說，好氧生物降解是最主要的降解途徑。

石油烴各組分的微生物降解性

降解機(jī)理

如下圖所示，石油烴的好氧生物降解過程是在充分供氧，氮、磷、微量元素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)充足的條件下，利用細(xì)菌、真菌、放線菌等微生物的作用，將石油烴徹底降解為二氧化碳和水，同時(shí)生成新的細(xì)胞生物量的過程。

好氧微生物降解烴類物質(zhì)主要過程

從圖中我們還可以看到，降解過程中一些生物酶起到了決定性的作用，主要包括單加氧酶、雙加氧酶和羥化酶等生物酶，主要的酶促反應(yīng)如下圖所示：

石油烴降解過程主要酶促反應(yīng)

看到這些讓人眼花繚亂的反應(yīng)過程，是不是對(duì)大自然的力量產(chǎn)生了深深的贊嘆？這么不起眼的小小微生物卻能夠像智能化的工廠一樣完成如此精準(zhǔn)的工作任務(wù)，于無形之中降解環(huán)境中的油類污染物，保護(hù)人類的生存環(huán)境。

修復(fù)過程

好了，估計(jì)有小伙伴要舉手提問了：既然微生物的力量這么神奇，為什么還有這么多的污染土壤和地下水存在？俗話說，no zuo no die，總有極少部分人為了一己私利，以大自然難以承受的速度向環(huán)境中排放著超量污染物，導(dǎo)致我們土壤中的微生物生！?。×?！

主要病癥表現(xiàn)為：

孤獨(dú)

高濃度的石油烴超出了環(huán)境中土著微生物的耐受能力，菌種的種類和數(shù)量大大減少；

饑餓

有研究表明，微生物降解過程所需的C:N:P≈100:10:1，石油烴的降解需要足量的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，顯然，過高濃度的石油烴使得微生物降解所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供不應(yīng)求；

窒息

石油烴密度小，黏著力強(qiáng)，乳化能力低，在土壤中容易與土粒粘連，影響土壤通透性，導(dǎo)致好氧微生物無法獲取足夠的氧降解石油烴。

生病的土壤，微生物無力應(yīng)敵

治病救人講究對(duì)癥下藥，土壤的治療也不例外。

面對(duì)孤獨(dú)癥

我們主要采用生物強(qiáng)化技術(shù)治療。所謂缺啥補(bǔ)啥，直接向土壤或地下水中接入高效降解菌種，提高土壤中降解石油烴的微生物種類和數(shù)量，強(qiáng)化降解能力。投加的菌種可以是采用生物工程方法將土著微生物富集、馴化、分離得到的高效降解菌株（本土作戰(zhàn)），也可以在現(xiàn)存微生物不能降解污染物時(shí)引入高效外源微生物協(xié)助降解（雇傭兵）。目前已知能夠降解石油烴的微生物共100余屬，200余種，分屬細(xì)菌、放線菌、真菌和藻類，可見供我們選擇的空間極其龐大。

面對(duì)饑餓癥

我們主要采用生物刺激技術(shù)治療。向土壤或地下水中投加氮源、磷源等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，刺激土著微生物的生長(zhǎng)代謝。在中試以上規(guī)模，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的添加量一般控制在0.005~0.1%之間，當(dāng)然，需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)效果靈活調(diào)整。

面對(duì)窒息癥

我們主要通過投加功能助劑加以治療。常用功能助劑包括：

緩釋增氧劑——投入土壤和地下水中，緩慢釋放氧氣，維持好氧條件；

表面活性劑——降低油水界面張力，創(chuàng)造微生物細(xì)胞接觸、降解石油烴的有利環(huán)境；

土壤調(diào)理劑——在異位生物修復(fù)工藝中調(diào)理土質(zhì)，保持土壤疏松，透氣透水。

土壤恢復(fù)健康，微生物所向披靡

當(dāng)然，對(duì)于土壤及地下水環(huán)境中氧氣缺乏的問題，也可以通過生物通風(fēng)法等修復(fù)工藝實(shí)現(xiàn)。

說到修復(fù)工藝，前面我們提到，微生物、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和生長(zhǎng)條件是微生物修復(fù)的三大關(guān)鍵要素，土壤不同于空氣和水，它是一個(gè)多相、非均質(zhì)的復(fù)雜體系，有效的傳質(zhì)是影響生物修復(fù)效果的決定性因素，各種修復(fù)工藝的存在就是為了給微生物提供適宜的生長(zhǎng)條件（見下表）。

石油烴生物修復(fù)工藝條件（經(jīng)驗(yàn)值）

目前已經(jīng)投入工程應(yīng)用的修復(fù)工藝包括生物通風(fēng)、生物堆、生物泥漿反應(yīng)器、原位注入等，知識(shí)體系極為龐大，篇幅有限，這部分以后我們?cè)僭敿?xì)探討，此處僅提供兩張工藝流程示意圖供大家自行體會(huì)。

生物修復(fù)工藝（原位注入）

生物修復(fù)工藝（生物通風(fēng)）

結(jié)語

石油烴生物修復(fù)技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展并不成熟，研究和實(shí)踐工作任重而道遠(yuǎn)。

原標(biāo)題:修復(fù)攻略 | 石油烴污染修復(fù)技術(shù)之“好氧微生物修復(fù)技術(shù)”