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石油烃类污染土壤的生物修复技术研究进展

发布日期:2011-05-06  浏览次数:1167

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文章摘要:  石油是由上千种化学性质不同的物质组成的复杂混合物,主要包括饱和烃、芳香烃类化合物、沥青质、树脂类等。石油的开采、冶炼

  石油是由上千种化学性质不同的物质组成的复杂混合物,主要包括饱和烃、芳香烃类化合物、沥青质、树脂类等。石油的开采、冶炼、使用和运输过程的污染和遗漏事故,以及含油废水的排放、污水灌溉,各种石油制品的挥发、不完全燃烧物飘落等引起一系列土壤石油污染问题。特别是石油开采过程产生的落地原油,已成为土壤矿物油污染的重要来源。

许多研究表明,一些石油烃类进入动物体内后,对哺乳类动物及人类有致癌、致畸、致突变的作用。土壤的严重污染会导致石油烃的某些成分在粮食中积累,影响粮食的品质,并通过食物链,危害人类健康。

1 生物修复技术的兴起

80年代以前,治理石油烃污染土壤还仅限于物理和化学方法,即热处理和化学浸出法。热处理法是通过焚烧或煅烧,可净化土壤中大部分有机污染物,但同时亦破坏土壤结构和组分,且价格昂贵而很难实施。化学浸出和水洗也可以获得较好的除油效果,但所用的化学试剂的二次污染问题限制了其应用。80年代以来,污染土壤的生物修复技术越来越引起人们的关注。生物修复是利用生物的生命代谢活动减少土壤环境中有毒有害物的浓度,使污染土壤恢复到健康状态的过程。

生物修复技术是在生物降解的基础上发展起来的一种新兴的清洁技术,它是传统的生物处理方法的发展。与物理、化学修复污染土壤技术相比,它具有成本低,不破坏植物生长所需要的土壤环境,污染物氧化安全,无二次污染,处理效果好,操作简单等特点。生物修复可通过环境因素的最优化而加速自然生物降解速率,是一种高效、经济和生态可承受的清洁技术。

目前,治理石油烃类污染土壤的生物修复技术主要有两类:一类是微生物修复技术,按修复的地点又可分为原位生物修复和异位生物修复;另一类是植物修复法。

2 微生物修复技术

2.1 原位生物修复技术

原位处理方法是将受污染土壤在原地处理。处理期间,土壤基本不被搅动,最常见的就地处理方式是土壤的水饱和区进行生物降解。除了要加入营养盐,氧源(多为H2O2)外;还需引入微生物以提高生物降解的能力。有时,在污染区挖一组井,并直接注入适当的溶液,这样就可以把水中的微生物引入到土壤中。地下水经过一些处理后,可以恢复和再循环使用,在地下水循环使用前,还可以加入土壤改良剂。

Ellis等在斯德歌尔摩中部的一个废弃的木材防腐油生产区,对高浓度低分子量多环芳烃和高分子量的多环芳烃污染进行就地处理。在0.9~4.5 m的深度范围内,土壤中防腐油的总浓度为10~3200 mg/kg土。在污染区设置一些井,往井中注入含有营养盐的磷酸氢钾,氧源(质量分数35%的H2O2,100 mg/L)和表面活化剂的溶液,并接种能促进多环芳烃降解的微生物,对污染区进行处理。污染土壤经过4个月处理,所有多环芳烃的降解都很明显,但是,三环和多环芳烃的降解率一般明显低于60%。因为就地处理对温度较敏感,所以只能在气温大于8 ℃的月份进行。

在一定的时间内,原位处理不可能有效地去除大多数多环芳烃,而且这种方法因受温度和土壤类型的影响而具有一定的局限性。

2.2 异位生物修复技术

异位生物修复主要包括现场处理法、预制床法、堆制处理法、生物反应器和厌氧生物处理法。

2.2.1 现场处理法

近年来国外石油烃污染生物处理的研究很多,其中土壤耕作处理是现场处理土壤污染常用的方法。被污染的废物施在土壤上,通过施肥、灌溉和加石灰等管理措施,保持氧气、水分和pH的最合适值,并进行耕作以改善土壤的通气状况,确保在污染废物和下面土层中污染物的降解。降解过程所用的微生物多为土著微生物,但是要提高效果还需要引入驯化的微生物。

Mueller等对弗罗里达州Pensacola木材防腐油生产区的土壤进行现场处理,并测定了21种多环芳烃的降解率。结果表明,各类有机物的降解顺序为:酚醛类>杂环烃>低分子量多环芳烃>高分子量多环芳烃。12周以后,表土低分子量的多环芳烃的平均降解率大于50%,而高分子量多环芳烃的降解率很低。同一时间内,底土的多环芳烃仍然保持较高的浓度。

2.2.2 预制床法

现场处理中土壤耕作处理最大的缺陷是污染物可能从处理区迁移,预制床的设计可以使污染物的迁移量减至最小,因为它具有滤液收集和控制排放系统。预制床的底面为渗透性低的物质,如高密度的聚乙烯或粘土。将污染土壤转移到预制床上,通过施肥、灌溉,调节pH,有时还加入微生物和表面活性剂,使其最适合污染物的降解。

Ellis等用具有滤液收集和水循环系统的预制床对斯德歌尔摩中部防腐油生产区的土壤进行治理,土壤中多环芳烃的浓度从1024.4 mg/kg降至324.1 mg/kg。虽然多环芳烃的浓度显著降低,但是高分子量多环芳烃的降解率很低。与同一区域的原位处理技术相比,预制床处理对三环和三环以上的多环芳烃的降解率明显提高。

2.2.3 堆制处理法

土壤的堆制处理就是将受污染的土壤从污染地区挖掘起来,防止污染物向地下水或更大的地域扩散,运输到一个经过处理的地点(布置防止渗漏底,通风管道等)堆放,形成上升的斜坡,并进行生物处理。堆制法是生物修复技术中的一种新型替代技术。

姜昌亮等采用异位生物修复技术长料堆式堆制处理法,对辽河油田4种不同类型的石油污染土壤进行了生物处理示范研究,结果表明实用规模的长料堆制处理工程对油田稀油、稠油和高凝油石油污染土壤的处理效果很理想。该处理工程自然通风可满足远行要求,因此可大大节省能源投资,对大规模污染土壤处理来说,该技术是一种简单易行、便于推广的污染土壤清洁技术。

张文娟等用实验模拟方法,研究堆制处理过程对污染土壤中的多环芳烃降解,结果表明堆制对6种难降解的多环芳烃都有不同程度的降解作用,多环芳烃的降解随着苯环数的增加而降低,当多环芳烃的初始浓度提高约50倍时,除荧、蒽外,其他多环芳烃的降解随着污染浓度的提高而降低。

 
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