微生物混合堆制法處理油污土壤的凈化效果

1、微生物混合堆制法處理油污土壤的凈化效果孫東平，胡凌燕，周伶俐，李亞維，楊家志南京理工大學(xué)化工學(xué)院生物工程系，江蘇 南京 210094摘要：堆制處理工藝是處理油污土壤的一種強(qiáng)化的生物處理工藝。在兩種油污土樣的堆制中投加了四株高效石油降解菌，處理60 d后考察投加了混合菌的凈化效果，主要包括油污中飽和烴、芳香烴、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、總烴碳數(shù)組分相對(duì)含量的變化以及土壤中重金屬含量及其水溶性的變化。結(jié)果表明：飽和烴的絕對(duì)去除量以及去除率都要高于其它三者；土樣1和土樣2總烴碳數(shù)組分百分比的變化幅度差別較大，呈現(xiàn)低碳數(shù)下降、高碳數(shù)升高的趨勢(shì)，可見(jiàn)添加的高效石油降解菌以利用中低碳數(shù)烴類(lèi)為主；該復(fù)合微生物堆制處理法

2、對(duì)土壤的重金屬污染基本無(wú)影響。關(guān)鍵詞：石油降解菌；堆制；烴；重金屬 中圖分類(lèi)號(hào)：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-2175（2007）03-0871-04在石油勘探、開(kāi)采、運(yùn)輸、加工、存儲(chǔ)及銷(xiāo)售過(guò)程中，不可避免地會(huì)使一些石油灑落地面，造成土壤污染，使生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能遭受破壞，石油中的很多有機(jī)污染物都具有“三致”作用，所以解決土壤中的石油污染這種與人類(lèi)生活密切相關(guān)的問(wèn)題具有重要意義。表1 兩種土樣中所含原油的理化性質(zhì)Table 1 Physicochemical properties of crude oil in two soil samples來(lái)源密度/(g·cm-3

3、)凝固點(diǎn)/粘度/mPa·s含砂量/%土樣10.8630 (20 )0.8352 (60 )343815.6119.10土樣20.8988 (20 )0.8721 (60 )323523.4958.1820世紀(jì)80年代以前使用物理方法和化學(xué)方法，雖具有時(shí)間短、見(jiàn)效快的實(shí)效性，但存在治理不徹底、費(fèi)用昂貴及二次污染嚴(yán)重等較明顯的缺陷，現(xiàn)今只將此作為生物治理方法的一些輔助手段。微生物降解石油類(lèi)污染物出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代后期，是最有效經(jīng)濟(jì)、無(wú)二次污染的方法。不過(guò)目前國(guó)內(nèi)外研究和運(yùn)用較多的處理技術(shù)是微生物修復(fù)和堆制處理。在堆制處理過(guò)程中配合投加高效原油降解菌和優(yōu)良營(yíng)養(yǎng)物，能促進(jìn)原油的去除1-4

4、。另外，據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，多數(shù)石油降解菌一般只能降解一種或幾種烴類(lèi)。不同的微生物對(duì)不同的成分有不同的降解能力，或者在降解中起到不同的作用，因此接種混合的微生物菌株可能對(duì)石油污染控制有更好的效果，且多種微生物存在土壤中，可通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)、共生和互生等關(guān)系來(lái)維持生態(tài)系統(tǒng)的平衡5-8，可見(jiàn)在堆制過(guò)程中投加高效的復(fù)合微生物來(lái)處理油污土壤將是一種非常有效的途徑，主要是該方法不僅有著成本低廉、操作方便等優(yōu)勢(shì)，而且還可以提高土壤中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量、優(yōu)化土壤質(zhì)量、重金屬污染有一定的治理效果9,10。 先前工作已對(duì)堆制過(guò)程中的參數(shù)如溫度、pH以及總油含量進(jìn)行了分析，已確知該處理方法對(duì)土樣1和土樣2油污的去除效果較明顯，去除率

5、分別達(dá)到42.1%和44.3%。本研究主要針對(duì)60 d復(fù)合微生物堆制處理后的土樣進(jìn)行分析，包括石油的四種組分和碳數(shù)組分，來(lái)研究添加的高效石油降解菌的降解效果，其次考慮到試驗(yàn)過(guò)程中大量材料的使用，有可能會(huì)對(duì)處理土壤引入新的污染重金屬污染。目前，土壤重金屬污染物中最常見(jiàn)及對(duì)人類(lèi)和其他生物影響較大的有汞、鎘、鉛、砷、銅、鋅、鉻等。因此本試驗(yàn)還考察了處理前后土壤中重金屬含量及其水溶性的變化，檢測(cè)了土樣中重金屬含量及其水溶性的變化，以了解這種處理方式對(duì)重金屬污染的影響。1 材料和方法1.1 菌種 從油污土壤中篩選得到4株高效降解石油菌（X5、X12、X23和Z26），經(jīng)初步鑒定：X5和X23屬于微球菌屬

6、；X12屬于假單胞菌屬；Z26屬于酵母菌屬。其中X12的石油耐受性和競(jìng)爭(zhēng)力較好，而其他三種菌株是一組具有良好生物協(xié)同作用的混合菌群。1.2 實(shí)驗(yàn)土樣及油樣油樣和油污土樣均由某油田提供，兩者的理化性質(zhì)見(jiàn)表1和表2。1.3 堆制試驗(yàn)材料支撐材料：稻殼、麥麩、鋸末、草木灰、爐渣。表2 兩種油污土樣及對(duì)照點(diǎn)土壤的理化性質(zhì)Table 2 Physicochemical properties of two oil-polluted soil samples and control soil sample土樣含水率/%總氮/(mg·kg-1)總磷/(mg·kg-1)可溶性磷/(mg

7、83;kg-1)氨氮/(mg·kg-1)污染程度/(mg·kg-1)土樣1332.09.866.7127.84.62×104土樣2449.66.712.2222.33.74×104對(duì)照土壤230.200.670.200.110肥料：雞糞經(jīng)高溫滅菌、干燥，定形制成復(fù)合肥料。1.4 培養(yǎng)基細(xì)菌種子培養(yǎng)液（g·L-1）：蛋白胨10.0，NaCl 5.0，牛肉膏3.0；水1 L，pH 7.2。真菌種子培養(yǎng)液（g·L-1）：葡萄糖10.0，蛋白胨5.0，MgSO4·7H2O 0.5，KH2PO4 1.0；水1 L，pH自然。1.5 擴(kuò)

8、大培養(yǎng)采用瑞士比歐公司生產(chǎn)的L1523型發(fā)酵罐進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)，工作體積8 L，轉(zhuǎn)速200 r·min-1，通氣量3 L·min-1，罐壓0.030.05 MPa，接種量10%，培養(yǎng)溫度30 ，培養(yǎng)時(shí)間12 h。1.6 堆制方法取土樣100 kg，添加足量的堆制支撐材料后將兩者充分混勻，堆制成長(zhǎng)1 m×寬0.8 m×高0.3 m的堆床，分別按10%的接種量添加四種菌液。處理過(guò)程中適時(shí)調(diào)節(jié)水分、溫度以及通過(guò)攪拌來(lái)提高供氧量，在試驗(yàn)中期添加自制的肥料，堆制時(shí)間為60 d。最后取堆制處理后的土樣，對(duì)其中的石油組分、石油烴各碳數(shù)含量以及重金屬含量和水溶性進(jìn)行全面的分

9、析。1.7 分析方法原油組分的測(cè)定：按SY/T5119-1995方法測(cè)定，該方法是用正己烷沉淀瀝青質(zhì)，層析柱以硅膠和氧化鋁為吸附劑，用不同的溶劑進(jìn)行淋洗使飽和烴、芳香烴和膠質(zhì)分離，最后用重量法求得各組分的百分含量。 原油碳數(shù)組分相對(duì)含量的測(cè)定：采用GC-MS聯(lián)用技術(shù)。土壤中及水浸提液中重金屬含量的測(cè)定：采用GB/T 17138(40,41)1997方法，其中水浸提液是按12（固水）比例浸提土樣所得。2 結(jié)果和討論2.1 原油各組分含量的變化表3 土樣處理前后原油各組分的相對(duì)百分含量Table 3 Relative content of crude-oil components of the o

10、riginal and treated oil-polluted soil samples %土樣處理瀝青質(zhì)飽和烴芳香烴膠質(zhì)土樣1處理前10.2446.4214.334.44土樣1處理后28.1418.9814.2421.02土樣2處理前3.2552.9614.2010.65土樣2處理后15.8535.7317.8512.97本試驗(yàn)所測(cè)的四個(gè)組分中（結(jié)果見(jiàn)表3），除飽和烴的相對(duì)含量減少外，其他成分的相對(duì)含量都有不同程度的上升，由此可見(jiàn)，不僅飽和烴的絕對(duì)減少量最高，而且其去除率在三者之中也最高。土樣1的膠質(zhì)和土樣2的瀝青質(zhì)含量較少，且兩者相對(duì)難降解，因此，其去除量較少，在處理后其相對(duì)含量上升最明

11、顯。2.2 原油各碳數(shù)組分相對(duì)含量的變化一般不同烴類(lèi)的生物可降解性是不同的，Belhaj等11對(duì)篩選得到的20株假單胞菌的降解效果進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它們都能降解C12C22的飽和鏈烴，但只有三種能在以C6C10正構(gòu)烷烴為唯一碳源的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)。一般而言，短鏈烷烴的降解優(yōu)先于長(zhǎng)鏈烷烴。齊永強(qiáng)等12的研究表明，碳數(shù)的多少是影響石油烴組分降解速度的最大因素。表4 處理前后各碳數(shù)組分相對(duì)百分比Table 4 Hydrocarbon content of different carbons in the original and treated oil-polluted soil samples %碳

12、數(shù)土樣1處理前土樣1處理后土樣2處理前土樣2處理后C120.01800.0940.019C130.3160.2180.9900.450C141.6870.4682.6761.971C154.0450.8054.3503.829C165.5571.0795.0604.803C176.5081.1955.6115.451C186.5281.3505.6555.489C196.7451.6485.9095.688C207.3272.1156.2376.154C217.1462.2376.4786.152C227.7402.9976.9596.634C237.1273.4246.8876.531C24

13、6.2603.7116.2276.018C256.0854.8726.2736.215C265.2774.9655.6015.654C274.6975.8625.1925.369C284.5037.2554.9745.401C293.5399.5864.0554.627C302.5757.9593.1223.562C311.8847.3882.2562.673C321.3648.2351.5932.263C330.8543.5321.1181.299C340.8216.9871.0271.457C350.5663.9500.7450.996C360.3663.2490.5210.747C370

14、.2412.7290.3890.547C380.2242.18400本試驗(yàn)針對(duì)原油總烴中的中、高碳數(shù)烷烴C12C38的相對(duì)含量進(jìn)行了分析（見(jiàn)表4），土樣1中各碳數(shù)組分相對(duì)含量的變化較大，C12C26相對(duì)含量呈下降趨勢(shì)，而C27C38的含量在上升，特別是C29C34，說(shuō)明土樣1中能降解中碳數(shù)的微生物代謝較活躍，而高碳數(shù)的烴類(lèi)在處理過(guò)程中降解速率較慢。土樣2的各碳數(shù)組分含量變化不大，可見(jiàn)高碳數(shù)烴類(lèi)在處理過(guò)程中也有明顯降解，但變化趨勢(shì)與土樣1基本相同。由此可見(jiàn)，實(shí)驗(yàn)中添加的高效石油降解菌以利用中碳數(shù)的石油烴類(lèi)為主，同時(shí)由于土壤和原油理化特性的不同，其明顯程度差別較大。2.3 土樣中各重金屬含量及其水

15、溶性的變化表5 處理前后土壤中重金屬含量的變化Table 5 Content of heavy metals in the farm soil and in the original and treated oil-polluted soil samples mg·kg-1土參數(shù)鎘鉛銅鋅鉻砷汞農(nóng)田土19.240.376.03552.39127.20.00土樣1處理前20.523.623.033221.9133.80.180土樣1處理后25.944.04539445.0771.760.117土樣2處理前18.30.3317379336.8137.90.218土樣2處理后21.643.0

16、1125794.3588.930.202農(nóng)用污泥控制標(biāo)準(zhǔn)（）201000500100010007515考察了處理前后土壤中重金屬含量及其水溶性的變化，其處理前后的含量變化見(jiàn)表5。結(jié)果是：土樣1，鎘和汞的含量變化不大；鉛、銅和鋅的含量有明顯升高；鉻和砷的含量則降低很多；土樣2，除銅和鋅外，其它變化與土樣1相同。可見(jiàn)，不同種類(lèi)的重金屬其含量變化不同。引起一些重金屬含量上升的原因可能是堆制過(guò)程中添加了大量的支撐材料；而鉻和砷含量的降低，則說(shuō)明這種堆制法能去除一部分重金屬，但總體而言，各重金屬的含量變化不大。另外從表6可知：各重金屬水浸提液中含量在處理前后變化也不大，除鉛外其他重金屬的含量基本維持在同

17、一數(shù)量級(jí)。結(jié)合土壤中和水浸提液中各重金屬含量的變化來(lái)看，本實(shí)驗(yàn)所采取的堆制處理方式對(duì)土壤中的重金屬污染基本無(wú)影響。3 結(jié)論（1）通過(guò)在堆制過(guò)程中投加復(fù)合高效石油降解菌來(lái)處理油污土樣1和2，分析原油中瀝青、飽和烴、芳香烴以及非烴四種組分的相對(duì)含量變化，結(jié)果表明，飽和烴的絕對(duì)去除量以及去除率都要高于其它三者。（2）雖然土樣1和土樣2總烴碳數(shù)組分百分比的變化幅度差別很大，但都呈現(xiàn)低碳數(shù)下降、高碳數(shù)升高的趨勢(shì)。因此，本試驗(yàn)所添加的高效石油降解菌以利用低碳數(shù)烴類(lèi)為主。正構(gòu)烷烴中以C20為主要成分，它在處理前后呈上升趨勢(shì)，其它碳數(shù)的變化與總烴相一致。（3）綜合分析重金屬含量和水溶性的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該復(fù)合微

18、生物堆制處理法對(duì)土壤的重金屬污染基本無(wú)影響。因此該處理方法有望在油污土壤處理中推廣運(yùn)用。參考文獻(xiàn)：1 曹剛, 王華. 石油污染及治理 J. 沿海企業(yè)與科技, 2005(3): 92-94.CAO Gang, Wang Hua. Pollution and treatment of crude oil J. Coast enterprises and science & technology, 2005(3): 92-94.2 曾玲玲, 劉德福, 張興梅. 石油污染土壤的微生物治理研究進(jìn)展 J. 生物技術(shù)通報(bào), 2006 (6): 48-51.ZENG Lingling, LIU Def

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21、ntent of heavy metals in water extract of farm soil and the original and treated oil-polluted soil samples mg·L-1土樣鎘鉛銅鋅鉻砷汞農(nóng)田土0.0170.00050.050.080.0020.4490.0000土樣1處理前0.0700.00050.050.050.0020.0090.0019土樣1處理后0.0430.00050.050.170.0020.0120.0007土樣2處理前0.0550.01000.050.260.0020.0040.0032土樣2處理后0.0440

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28、of Chemical Engineering, Nanjing University of Science & Technology, Nanjing 210094, ChinaAbstract: Composting treatment technology is an enhanced biological treatment technology in treating oil-polluted soil. The experiments on purifying effect were conducted using two kinds of oil-polluted soil sample with different physicochemical properts for 60 d. The relative concentration of