壤中石油污染物微生态原位修复技术研究
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发布时间：2023-05-17 22:40
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时间：2023-09-17 19:39
通过对采油区土壤地下中微生物的生态效应研究发现，水土体中存在着大量的微生物———土著微生物，它能够降解水土环境中的石油污染物，进一步研究发现土壤中这种菌群比水体中大几个数量级。在室内利用优选的试验用菌种、菌群和选择的最佳营养物质，对试验区的土壤和地下水含水层的石油污染进行了微生态修复的模拟试验，试验结果显示效果显著良好，降解速度快。通过野外现场微生态原位修复试验，验证了优选培养的降解石油菌群液在野外修复土壤有良好的效果。
因此，提出原位降解土壤中石油污染物的技术———石油污染土壤原位微生态修复技术。该技术充分利用土壤微生态环境要素:和谐生存的大量土著微生物、适宜温度、充足的营养环境，结合物理方法、化学方法，对土体中石油污染物进行降解。
一、微生态原位修复的基本条件
微生态原位修复方法并不是通用的，它有其自己的适应性。也就是说它必须有其适用的条件，这个条件就是:首先要有适合于降解转化污染物的微生物，能够实施该方法的场地，要有适宜的环境因子。
1)适合的微生物是微生态修复的先决条件，这些微生物是具有正常生理和代谢功能的，并能降解或转化污染物的微生态体系，其中微生物细菌起着十分重要的作用。
2)能够实施该方法的场地，主要是指能将用于降解的微生物细菌及所需营养源和污染物相接触的场地，如土壤包气带土层的某一层位作为活化层来实施;可将用于降解的微生物细菌及所需营养源加入到污染的含水层中。
3)适宜的环境因子是指能够使微生物细菌正常生长代谢的环境因子，它们包括温度、pH值、Eh值、无机养分、电子受体等。
二、微生态修复技术的实施
微生态修复是一项系统工程，它需要依靠工程学、环境学、生物学、生态学、微生物学、地质学、土壤学、水文学、化学等多学科的合作，为了确定微生态修复技术是否适用于某一受污染环境和某种污染物，需要进行微生态修复的工程设计。
(一)污染场地信息收集
调查包括以下5个方面。
1)污染物的种类和化学性质、在土壤中的分布和浓度、受污染的时间。
2)当地正常情况下和受污染后微生物的种类、数量和活性以及在土壤中的分布，分析鉴定微生物的属种，检测微生物的代谢活性，从而确定该地是否存在适于完成微生态修复的微生物种群。具体的方法包括镜检(染色和切片)、生物化学法测生物量(测ATP)和酶活性以及平板技术等。
3)土壤、包气带、地下水的理化特征，如温度，孔隙度，渗透率，pH值，Eh值，TDS，DO，水化学分析等。
4)污染现场的地理、水文地质和气象条件以及空间因素(如可用的土地面积和沟渠)。
5)有关的管理法规，根据相应的法规确立修复目标。
(二)技术查询
在掌握当地信息后，应向有关单位(如信息中心、信息网站、大专院校、科研院所等)咨询是否在相似的情况下进行过生物修复处理，以便吸取他人经验。例如，在美国要向“新处理技术信息中心”(Alternative Treatment Technology Information Center，简称ATTI)提出技术查询。
(三)技术路线选择
根据场地信息，对包括生物修复在内的各种修复技术以及它们可能的组合进行全面客观的评价，列出可行的方案，并确定最佳技术。
(四)可处理性试验
假如生物修复技术可行，就要设计小试和中试，从中获取有关污染物毒性、温度、营养和溶解氧等*性因素的资料，为工程的具体实施提供基本工艺参数。
小试和中试可以在实验室也可以在现场进行。在进行可处理性试验时，应选择先进的取样方法和分析手段来取得翔实的数据，以证明结果是可信的。进行中试时，不能忽视规模因素，否则根据中试数据推出现场规模的设备能力和处理费用可能会与实际产生大的差距。
小试和中试的试验方法包括:
1.土壤灭菌试验
选取有代表性的土壤经混匀后分装于容器中。容器分为两组，一组经高温灭菌或适当药剂处理以杀灭其中微生物;另一组不灭菌，分别施入同量的目标污染物，置于空气中培养。在一个时期内，定期监测两组土壤中该污染物的消失情况，最后判定是否为微生物降解性物质及其降解速率。如果试验周期长于7d，需补充无菌水以利土壤微生物的活动。对于地下水的试验也可用相同的原理来进行试验。
2.土壤柱试验
一般以拟修复的污染土壤类型及耕作层深度，并按相应的疏松程度(容重)装成土柱，土柱内径至少5cm以上。对地下水含水层也同样可模拟为砂柱试验。
3.三角瓶试验
通常是在三角瓶中装入培养液进行批式培养(batch culture)，监测污染物的降解情况。其大致步骤是，在三角瓶中配制以该污染物为主要碳源的培养液，另补加适当的N，P，S，生长素等其他营养物质，调节pH值(必要时可调至中性微碱及微酸性两种培养液以分别适应细菌与真菌的需要)。设不接种微生物的处理组作为对照，接种的微生物可以是一种或多种，也可接种经驯化的活性污泥，在不同的环境条件与温度条件下进行培养。在一个阶段内定时连续监测各三角瓶内培养液的变化。其中可包括物理外观上的变化，如色度、浊度、颜色、嗅味等;微生物的变化，如菌种、生物量及生物相等;化学的变化，如pH值，COD，BOD5，以及该污染物的数量变化。
4.反应器试验
实验室规模的反应器试验，一般由一个2～5L的容器构成，污染物或基质通过恒流泵输入容器内，用适当的温控器控制温度，通过与恒流泵和流量计相连的几个控制器来维持容器中的pH值和Eh值，容器内设有搅拌装置，以保证泥水混合液的物理、化学和生物特性的均匀。定期通过注射或微孔取样管从容器内取出样品进行分析，取样时要保持无菌状态。容器内微生物的量可以用ATP来表示，目标污染物的消失和CO2等产物的形成则表明污染物的降解和矿化。
(五)修复效果评价
在可行性研究的基础上，对所选方案进行技术经济评价。技术效果评价如下:
原生污染物去除率=(原有浓度－现存浓度)/原有浓度×100%
次生污染物增加率=(现存浓度－原有浓度)/原有浓度×100%
污染物毒性增加率=(原有毒性水平－现有毒性水平)/原有毒性水平×100%
经济效果评价包括修复的一次性基建投资与服役期的运行成本。
(六)实际工程设计
如果小试和中试表明微生物修复技术在技术和经济上可行，就可以开始微生物修复计划的具体设计，包括处理设备、井位和井深、土壤概况、营养物质和其他电子受体等。
