土壤中石油烴類的異位生物修復(fù)技術(shù) 

　　 一.引言

　　石油是由上千種化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)組成的復(fù)雜混合物，主要包括飽和烴芳香烴類化合物。石油在開采、煉制、貯存、使用等過程中，原油和各種石油制品進入環(huán)境而造成污染，這已成為一種普遍現(xiàn)象，并在生態(tài)環(huán)境和社會環(huán)境方面造成一定的影響。

　　土壤中的石油侵蝕土層，使之鹽堿化、瀝青化、板結(jié)化，使土壤的透水性降低，透水量下降，影響植物生長，被污染的土壤還可對地表水和地下含水層造成二次污染;許多研究表明一些石油烴類進入動物體內(nèi)后對哺乳類動物及人類有致癌致畸致突變的作用土壤的嚴重污染會導(dǎo)致石油烴的某些成分在糧食中積累影響糧食的品質(zhì)并通過食物鏈危害人類健康。因此，維持土壤的安全至關(guān)重要，已成為目前國家上環(huán)境科學(xué)研究的熱點之一。

　　二.生物修復(fù)技術(shù)簡介

　　存在于土壤環(huán)境中的天然微生物種群對石油烴的降解作用是石油烴和其他烴類污染物從土壤環(huán)境中消除的基本途徑之一。微生物利用生物自我調(diào)控機制以及對污染物的綜合凈化功能處理土壤中的石油烴類污染物，使它們在生物代謝過程中得到較為徹底的轉(zhuǎn)化和降解，而且最終產(chǎn)物是二氧化碳和水，不會產(chǎn)生二次污染，是應(yīng)用前景最為樂觀的土壤石油污染物處理方法。

　　生物修復(fù)是指人為作用下利用微生物促進有毒、有害物質(zhì)降解的技術(shù)。它的基本概念是：利用活的有機體去打破污染有毒害作用的大分子結(jié)構(gòu)，使其成為較簡單的無害的形式，并可以直接或間接地被植物或動物吸收。

　　石油污染土壤的生物修復(fù)技術(shù)主要有兩類，一類是原位生物修復(fù)或就地生物修復(fù)，一般適用于污染現(xiàn)場。另一類是異位生物修復(fù)或離位生物修復(fù)。異位生物修復(fù)是將受污染的土壤、沉積物移離原地，在異地用生物的、工程的手段進行處理，使污染物降解而使污染的土壤恢復(fù)到原有的功能。異位修復(fù)主要包括土壤耕作法、生物堆放法、堆肥法和生物反應(yīng)器。

　　三.異位修復(fù)方法

　　1.土壤耕作法

　　土壤耕作法基本實施步驟為：①場地處理：準(zhǔn)備一塊場地，一般以貧瘠的砂質(zhì)粘土或砂質(zhì)壤土為宜，對下墊面進行防滲處理，以免長期放置石油類污染物而影響地下水水質(zhì)，同時在場地四周建立阻斷墻，防止污染物向四周擴散[3];②把污染土壤運至現(xiàn)場，均勻平鋪成30～80cm厚的土層;③設(shè)置灌溉系統(tǒng)保證土壤濕度;④處理過程中周期性地進行耕作(翻土)，以保證土壤結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，增加土壤的通透性和一致性，提高氧轉(zhuǎn)移的效率。

　　在油處理上，土壤耕作法應(yīng)用比較廣，但在土地資源緊張的地區(qū)，此法應(yīng)當(dāng)受到限制。

　　2.生物堆放法

　　堆放法是一種對土地處理技術(shù)的改進降解技術(shù)。通常是將石油污染土壤從污染地域挖走，運輸?shù)疆惖囟逊e，一般成條狀，中間留有“田埂”，便于收集產(chǎn)生的滲出液，避免處理現(xiàn)場土層的污染：生物修復(fù)處理后再運回原地，提供降解用水。該技術(shù)的特點是在堆起的土層中鋪有管道，提供降解用水，并在污染土層下設(shè)有多孔集水管，收集滲濾液。系統(tǒng)還可以設(shè)有送氣管和空氣泵，以穩(wěn)定氧的補給。各種均勻布水或滴灌技術(shù)均可應(yīng)用于這種處理系統(tǒng)中。而且系統(tǒng)可以是完全封閉的，內(nèi)部的氣體，包括降解產(chǎn)物和揮發(fā)性的石油類物質(zhì)，都經(jīng)過諸如活性炭吸附、特定酶的氧化或加熱氧化等措施處理后才向大氣排放，而且封閉系統(tǒng)的溫度更加穩(wěn)定。所以，堆放法二次污染更少，處理效率更高。

　　堆放法的優(yōu)點是可以在土壤受污染之初限制污染物的擴散和遷移，減少污染范圍。缺點是挖掘和運輸費用高于原位修復(fù)，可能破壞原地土壤的生態(tài)結(jié)構(gòu)，在運輸過程中會造成污染物的進一步暴露。

　　3.土壤堆肥法

　　堆肥法是一種和土地耕作法相似的處理技術(shù)，實際上就是基質(zhì)的微生物發(fā)酵過程，即在控制條件下，利用微生物的生化作用，將廢物中的有機物質(zhì)分解、腐熟并轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定腐殖土的微生物學(xué)過程。堆肥法是將含油廢棄物與適當(dāng)?shù)牟牧舷嗷旌喜⒍逊?，使天然微生物降解石油烴類的過程，它加入了土壤調(diào)理劑以提高微生物生長和石油生物降解的能量。在這個過程中，有機廢物中的可溶性小分子有機物質(zhì)通過微生物的細胞壁和細胞膜而為微生物吸收利用;不溶性大分子有機物則先附著在微生物的體外，由微生物所分泌的胞外酶分解為可溶性小分子物質(zhì)，再輸送入細胞內(nèi)為微生物利用。此法對去除含高濃度不穩(wěn)定固體的有機復(fù)合物是最有效的，因為它保持微生物代謝過程中產(chǎn)生的熱量，利用石油烴類的生物降解。加入的物質(zhì)或調(diào)理劑可以是干草、割草、樹葉、麥稈或肥料。加入調(diào)理劑是為了提高土壤的滲透性，增加氧的傳輸性，改善土壤質(zhì)地，以及為快速建立一個大的微生物種群提供能量。和土地耕作法相比，堆肥法的處理時間短，處理費用約為$20～80/m3適用于較高烴類含量的含油污染，適用于冬季較長的地區(qū)，且處理后的含油廢棄物可填埋或施于農(nóng)田。

　　4.生物反應(yīng)器修復(fù)

　　反應(yīng)器修復(fù)是最靈活的方法，可以提供最大程度的控制，產(chǎn)生最理想的條件。生物反應(yīng)器在結(jié)構(gòu)上與常規(guī)的生物處理單元類似，既可是活性污泥類反應(yīng)器，也可是生物膜反應(yīng)器。這些反應(yīng)器可以是一些可移動的單元，能被運到處理現(xiàn)場，與污染物的原位修復(fù)處理相結(jié)合;也可以是建在處理區(qū)的構(gòu)筑物，通常是臥鼓型和升降型，有間歇式和持續(xù)式兩種，但多為間歇式。反應(yīng)器修復(fù)實際是土壤耕作法和堆肥法的重新構(gòu)造，它們在微生物之間的作用和污染物降解途徑方面是相同的，只是該方法增強了營養(yǎng)物、電子受體及其他添加物的效力，因而往往能達到最高的降解率和降解速率。其工作的典型流程是：土壤挖出后進行預(yù)篩，篩去大塊部分，然后將土壤分散在水中(一般20%一50%重量濃度)送人生物反應(yīng)器，生物反應(yīng)器可在好氧或厭氧條件運轉(zhuǎn)。當(dāng)需氧時，經(jīng)噴嘴導(dǎo)入氧氣或壓縮空氣，或通過加H2O2產(chǎn)生O2。

　　反應(yīng)器修復(fù)適用于含油污泥，也適用于油污土壤，也可用于石油工業(yè)廢棄物的預(yù)備處理以減少烴類含量，是處理高濃度重油污染土壤的有效方法。其主要特征有：①以水相為處理介質(zhì)，因此，原油、微生物、溶解氧和營養(yǎng)物的傳質(zhì)速度比較快，而且避免了復(fù)雜又經(jīng)常不利用的自然環(huán)境變化，各種環(huán)境條件如pH值、溫度、氧化還原電位、氧氣量、營養(yǎng)物濃度、鹽度等便于控制在最佳狀態(tài)，因此處理污染物的速度快。②可以設(shè)計不同構(gòu)造以滿足不同目標(biāo)處理物的需要，提供最大程度的控制。③避免有害氣體排入環(huán)境。其缺點是處理過程工藝復(fù)雜，要求嚴格的前、后處理工序，處理成本高;而且，在對難生物降解物質(zhì)進行處理時必須慎重，以防止污染物從土壤轉(zhuǎn)移到水中。

　　反應(yīng)器修復(fù)在我國還處于實驗研究階段，如東北大學(xué)魏德洲等較系統(tǒng)研究了生物泥漿法，通人H2O2對土壤中石油烴類微生物的影響;美國已開始進入實際應(yīng)用階段。如美國東南部的一家木材處理廠，使用生物泥漿法處理該廠受雜酚油污染的污泥土壤，安裝了四個半間歇式生物反應(yīng)器，并接種能降解雜酚油的細菌，每周可處理100t受污染的污泥土壤心。Ellis等[11]用生物反應(yīng)器對斯德哥爾摩中部石油污染的土壤進行治理，土壤中多環(huán)芳烴的濃度從1024.4 mg/kg降至324.1mg/kg。

　　四.結(jié)語

　　異地生物修復(fù)技術(shù)雖然已經(jīng)取得很大的發(fā)展，但由于受生物特性的限制，仍很不完善，主要是處理后污染物的殘留不能符合環(huán)境指標(biāo)要求。還需要在以下幾個方面進行深入研究。

　　1. 共存物質(zhì)(如重金屬)對微生物降解的抑制效應(yīng)以及外源物質(zhì)(如表面活性劑)對微生物的促進效應(yīng)。

　　2. 高分子有機污染物降解過程中的共代謝機理。

　　3. 通過遺傳基因工程構(gòu)建高效降解菌。

　　4. 生物降解潛力的指標(biāo)與生物修復(fù)水平的評價。

　　5. 生物修復(fù)技術(shù)的環(huán)境風(fēng)險水平及其評價。