土壤中石油烃类的异位生物修复技术 

　　 一.引言

　　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。石油在开采、炼制、贮存、使用等过程中，原油和各种石油制品进入环境而造成污染，这已成为一种普遍现象，并在生态环境和社会环境方面造成一定的影响。

　　土壤中的石油侵蚀土层，使之盐碱化、沥青化、板结化，使土壤的透水性降低，透水量下降，影响植物生长，被污染的土壤还可对地表水和地下含水层造成二次污染;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。因此，维持土壤的安全至关重要，已成为目前国家上环境科学研究的热点之一。

　　二.生物修复技术简介

　　存在于土壤环境中的天然微生物种群对石油烃的降解作用是石油烃和其他烃类污染物从土壤环境中消除的基本途径之一。微生物利用生物自我调控机制以及对污染物的综合净化功能处理土壤中的石油烃类污染物，使它们在生物代谢过程中得到较为彻底的转化和降解，而且最终产物是二氧化碳和水，不会产生二次污染，是应用前景最为乐观的土壤石油污染物处理方法。

　　生物修复是指人为作用下利用微生物促进有毒、有害物质降解的技术。它的基本概念是：利用活的有机体去打破污染有毒害作用的大分子结构，使其成为较简单的无害的形式，并可以直接或间接地被植物或动物吸收。

　　石油污染土壤的生物修复技术主要有两类，一类是原位生物修复或就地生物修复，一般适用于污染现场。另一类是异位生物修复或离位生物修复。异位生物修复是将受污染的土壤、沉积物移离原地，在异地用生物的、工程的手段进行处理，使污染物降解而使污染的土壤恢复到原有的功能。异位修复主要包括土壤耕作法、生物堆放法、堆肥法和生物反应器。

　　三.异位修复方法

　　1.土壤耕作法

　　土壤耕作法基本实施步骤为：①场地处理：准备一块场地，一般以贫瘠的砂质粘土或砂质壤土为宜，对下垫面进行防渗处理，以免长期放置石油类污染物而影响地下水水质，同时在场地四周建立阻断墙，防止污染物向四周扩散[3];②把污染土壤运至现场，均匀平铺成30～80cm厚的土层;③设置灌溉系统保证土壤湿度;④处理过程中周期性地进行耕作(翻土)，以保证土壤结构的优化，增加土壤的通透性和一致性，提高氧转移的效率。

　　在油处理上，土壤耕作法应用比较广，但在土地资源紧张的地区，此法应当受到限制。

　　2.生物堆放法

　　堆放法是一种对土地处理技术的改进降解技术。通常是将石油污染土壤从污染地域挖走，运输到异地堆积，一般成条状，中间留有“田埂”，便于收集产生的渗出液，避免处理现场土层的污染：生物修复处理后再运回原地，提供降解用水。该技术的特点是在堆起的土层中铺有管道，提供降解用水，并在污染土层下设有多孔集水管，收集渗滤液。系统还可以设有送气管和空气泵，以稳定氧的补给。各种均匀布水或滴灌技术均可应用于这种处理系统中。而且系统可以是完全封闭的，内部的气体，包括降解产物和挥发性的石油类物质，都经过诸如活性炭吸附、特定酶的氧化或加热氧化等措施处理后才向大气排放，而且封闭系统的温度更加稳定。所以，堆放法二次污染更少，处理效率更高。

　　堆放法的优点是可以在土壤受污染之初限制污染物的扩散和迁移，减少污染范围。缺点是挖掘和运输费用高于原位修复，可能破坏原地土壤的生态结构，在运输过程中会造成污染物的进一步暴露。

　　3.土壤堆肥法

　　堆肥法是一种和土地耕作法相似的处理技术，实际上就是基质的微生物发酵过程，即在控制条件下，利用微生物的生化作用，将废物中的有机物质分解、腐熟并转化成稳定腐殖土的微生物学过程。堆肥法是将含油废弃物与适当的材料相混合并堆放，使天然微生物降解石油烃类的过程，它加入了土壤调理剂以提高微生物生长和石油生物降解的能量。在这个过程中，有机废物中的可溶性小分子有机物质通过微生物的细胞壁和细胞膜而为微生物吸收利用;不溶性大分子有机物则先附着在微生物的体外，由微生物所分泌的胞外酶分解为可溶性小分子物质，再输送入细胞内为微生物利用。此法对去除含高浓度不稳定固体的有机复合物是最有效的，因为它保持微生物代谢过程中产生的热量，利用石油烃类的生物降解。加入的物质或调理剂可以是干草、割草、树叶、麦秆或肥料。加入调理剂是为了提高土壤的渗透性，增加氧的传输性，改善土壤质地，以及为快速建立一个大的微生物种群提供能量。和土地耕作法相比，堆肥法的处理时间短，处理费用约为$20～80/m3适用于较高烃类含量的含油污染，适用于冬季较长的地区，且处理后的含油废弃物可填埋或施于农田。

　　4.生物反应器修复

　　反应器修复是最灵活的方法，可以提供最大程度的控制，产生最理想的条件。生物反应器在结构上与常规的生物处理单元类似，既可是活性污泥类反应器，也可是生物膜反应器。这些反应器可以是一些可移动的单元，能被运到处理现场，与污染物的原位修复处理相结合;也可以是建在处理区的构筑物，通常是卧鼓型和升降型，有间歇式和持续式两种，但多为间歇式。反应器修复实际是土壤耕作法和堆肥法的重新构造，它们在微生物之间的作用和污染物降解途径方面是相同的，只是该方法增强了营养物、电子受体及其他添加物的效力，因而往往能达到最高的降解率和降解速率。其工作的典型流程是：土壤挖出后进行预筛，筛去大块部分，然后将土壤分散在水中(一般20%一50%重量浓度)送人生物反应器，生物反应器可在好氧或厌氧条件运转。当需氧时，经喷嘴导入氧气或压缩空气，或通过加H2O2产生O2。

　　反应器修复适用于含油污泥，也适用于油污土壤，也可用于石油工业废弃物的预备处理以减少烃类含量，是处理高浓度重油污染土壤的有效方法。其主要特征有：①以水相为处理介质，因此，原油、微生物、溶解氧和营养物的传质速度比较快，而且避免了复杂又经常不利用的自然环境变化，各种环境条件如pH值、温度、氧化还原电位、氧气量、营养物浓度、盐度等便于控制在最佳状态，因此处理污染物的速度快。②可以设计不同构造以满足不同目标处理物的需要，提供最大程度的控制。③避免有害气体排入环境。其缺点是处理过程工艺复杂，要求严格的前、后处理工序，处理成本高;而且，在对难生物降解物质进行处理时必须慎重，以防止污染物从土壤转移到水中。

　　反应器修复在我国还处于实验研究阶段，如东北大学魏德洲等较系统研究了生物泥浆法，通人H2O2对土壤中石油烃类微生物的影响;美国已开始进入实际应用阶段。如美国东南部的一家木材处理厂，使用生物泥浆法处理该厂受杂酚油污染的污泥土壤，安装了四个半间歇式生物反应器，并接种能降解杂酚油的细菌，每周可处理100t受污染的污泥土壤心。Ellis等[11]用生物反应器对斯德哥尔摩中部石油污染的土壤进行治理，土壤中多环芳烃的浓度从1024.4 mg/kg降至324.1mg/kg。

　　四.结语

　　异地生物修复技术虽然已经取得很大的发展，但由于受生物特性的限制，仍很不完善，主要是处理后污染物的残留不能符合环境指标要求。还需要在以下几个方面进行深入研究。

　　1. 共存物质(如重金属)对微生物降解的抑制效应以及外源物质(如表面活性剂)对微生物的促进效应。

　　2. 高分子有机污染物降解过程中的共代谢机理。

　　3. 通过遗传基因工程构建高效降解菌。

　　4. 生物降解潜力的指标与生物修复水平的评价。

　　5. 生物修复技术的环境风险水平及其评价。