石油污染土壤生物原位修復(fù)技術(shù)試驗(yàn)

孫可靜

大慶油田采油八廠

石油污染土壤生物原位修復(fù)技術(shù)試驗(yàn)

孫可靜

大慶油田采油八廠

針對(duì)采油試驗(yàn)區(qū)原油特征及土壤環(huán)境，采用極限稀釋法或平皿劃線法，觀察100株降解菌的菌落特征，通過斜面穿刺試驗(yàn)，獲得菌株在固體中的擴(kuò)散能力，測定目標(biāo)菌株的石油降解能力。初選20株高效微生物菌株，研究了其降解能力與溫度、pH值、表面活性劑和激活劑的關(guān)系，選取出以降解菌為主、適合試驗(yàn)區(qū)石油污染土壤的兩種環(huán)境治理方案。在2口井上開展了現(xiàn)場試驗(yàn)，結(jié)果表明，DPF2和DPF4復(fù)合菌劑對(duì)石油污染土壤的現(xiàn)場修復(fù)具有良好的效果，石油烴濃度值降到3%以下，具有一定推廣價(jià)值。

石油污染；土壤；生物原位修復(fù)；菌群；試驗(yàn)

在石油生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)、煉制加工及使用過程中，由于事故、不正常操作及檢修等原因，都會(huì)有石油烴類的溢出和排放，造成土壤、地下水和海洋等嚴(yán)重污染。目前，針對(duì)不同的污染狀況，國內(nèi)外已經(jīng)形成了一系列修復(fù)技術(shù)。簡單地分為三大類，即物理修復(fù)技術(shù)、化學(xué)修復(fù)技術(shù)和生物修復(fù)技術(shù)。微生物原位修復(fù)技術(shù)是利用微生物處理土壤和含油污水，使污染物最終完全礦化，同時(shí)該技術(shù)是在污染場地進(jìn)行修復(fù)，避免了污染物運(yùn)輸過程中的二次污染，因其具有費(fèi)用低、環(huán)境影響小、應(yīng)用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用在環(huán)境治理中。

1 最佳修復(fù)菌群的篩選

1.1 目標(biāo)菌擴(kuò)散和降解能力的測定

用平板培養(yǎng)及固體斜面穿刺試驗(yàn)，觀察菌株擴(kuò)散能力，采用液體搖瓶培養(yǎng)，測定單位時(shí)間內(nèi)石油最大的降解能力（降解率），優(yōu)選降解率最高的10株細(xì)菌和10株真菌作為后續(xù)研究對(duì)象，如表1所示。

表1 優(yōu)選的20株菌株的擴(kuò)散能力及石油降解率

1.2 溫度對(duì)菌株石油降解能力的影響

對(duì)20株降解菌適宜溫度進(jìn)行驗(yàn)證，10℃時(shí)各菌株活性不高，生長緩慢，35℃時(shí)各菌株生長緩慢甚至大量死亡，因此取試驗(yàn)區(qū)0～20 cm處的表層土壤，測定不同溫度（10、16、22、28、34℃）下各試驗(yàn)組的石油降解情況。試驗(yàn)結(jié)果表明，溫度在16～34℃區(qū)間，各菌株石油降解率隨溫度提高而提高，34℃條件下，菌株降解率前五名從大到小排序：DPF4＞DPF2＞DPF33＞DPF28＞DPB005（見表2）。

表2 不同溫度對(duì)菌株石油降解率的影響%

1.3 土壤pH值對(duì)菌株石油降解能力的影響

實(shí)測試驗(yàn)區(qū)土壤pH值為8.5，屬于典型鹽堿土，試驗(yàn)設(shè)計(jì)了7.0、7.5、8.0、8.5、9.0五個(gè)pH值，研究了20株供試菌株的適應(yīng)性。試驗(yàn)表明，pH=8.5條件下菌株降解率前五名從大到小排序：DPF2＞DPF4＞DPB005＞DPB008＞DPB001，并且在pH=7～8.5范圍內(nèi)，菌株DPF2和DPF4降解率最高（見表3）。

1.4 表面活性劑對(duì)菌株石油降解能力的影響

優(yōu)選15組表面激活劑，試驗(yàn)結(jié)果表明，活化能力最好的三種表面活性劑是：自制表面活性劑＞Triton X100＞Tween80。在自制表面活性劑配方條件下，菌株降解率前五名從大到小排序：DPF2＞DPF4＞DPF33＞DPF28＞DPB011（見表4）。

表3 不同pH值對(duì)菌株石油降解率的影響%

1.5 激活劑對(duì)菌株石油降解能力的影響

現(xiàn)針對(duì)試驗(yàn)區(qū)土壤條件設(shè)計(jì)了5種激活劑配方A、B、C、D、E，試驗(yàn)表明，C配方為最佳激活劑配方，在此配方條件下，菌株降解率前五名從大到小排序：DPF2＞DPF4＞DPF28＞DPF33＞DPB009（見表5）。

1.6 最佳優(yōu)勢(shì)共生菌群的確定

考慮實(shí)際可操作性，20取2有190個(gè)自由組合，工作量巨大，為提高工作效率，試驗(yàn)根據(jù)表6來選取降解率最高的6株真菌和6株細(xì)菌，共12株降解菌，12取2有66個(gè)自由組合，大大降低了工作強(qiáng)度。試驗(yàn)采用錐型瓶液體發(fā)酵培養(yǎng)，每個(gè)250 mL錐型瓶裝入液體50 mL，添加石油，使初始含油濃度為946.6 mg/L，分別添加不同組合的微生物，溫度34℃、pH=8.5、自制表面活性劑、激活劑C測定7 d石油降解率，重復(fù)三次，每瓶中均為1g總菌數(shù)（12 000 r/min離心的菌體），測定方法參照《碎屑巖油藏注水質(zhì)指標(biāo)及分析方法（SY/T 5329—2012）》。

表4 表面活性劑對(duì)20株菌株石油降解能力的影響%

試驗(yàn)結(jié)果表明，菌株DPF2、DPF4組合是所有試驗(yàn)組中石油降解率最大的組合，7 d石油降解率達(dá)到88.47%。34℃溫度下降解率前五名的菌株排序?yàn)镈PF4＞DPF2＞DPF33＞DPF28＞DPB005；在pH值8.5時(shí)，降解率最高的菌株排序?yàn)镈PF2＞ DPF4＞DPB005＞DPB008＞DPB001；在自制表面活性劑配方條件下，降解率前五的菌株排序?yàn)镈PF2＞DPF4＞DPF33＞DPF28＞DPB011；最優(yōu)激活劑C條件下降解率前五的菌株排序?yàn)镈PF2＞DPF4＞DPF28＞DPF33＞DPB009。綜合溫度、pH值、表面活性劑、激活劑因素條件進(jìn)一步確認(rèn)最佳2株復(fù)合菌劑為菌株DPF2和DPF4。

綜合溫度、pH值、表面活性劑、激活劑因素的影響，確定2株最大協(xié)同效應(yīng)組合為菌株DPF2和DPF4。試驗(yàn)采用食用菌固態(tài)發(fā)酵技術(shù)，對(duì)真菌DPF2、DPF4固態(tài)菌劑進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)。

表5 激活劑對(duì)菌株石油降解率的影響%

2 現(xiàn)場試驗(yàn)

選擇A、B兩個(gè)試驗(yàn)現(xiàn)場，每個(gè)試驗(yàn)場地分別劃分4個(gè)試驗(yàn)小區(qū)（A1、A2、A3、A4，B1、B2、B3、B4），每個(gè)小區(qū)2 m×1 m，深度10 cm。

試驗(yàn)用料：修復(fù)菌劑（DPF2和DPF4）、表面活性劑（自制表面活性劑）、激活劑(配方C)

具體試驗(yàn)步驟：

（1）將每個(gè)小區(qū)塊約265 kg土壤，采用機(jī)械或人工將含油污泥和試驗(yàn)區(qū)土壤按一定比例混合調(diào)制成總石油烴含量在18%～23%之間。

（2）將待修復(fù)的場地翻耕、平整。

（3）分別在每個(gè)小區(qū)添加液態(tài)菌劑（13 kg）、激活劑（6.5 kg）、表面活性劑（0.78 kg），澆水拌勻。

（4）分別在試驗(yàn)小區(qū)土壤表面鋪設(shè)草簾和薄膜，參照小區(qū)不處理（A1）。

（5）微生物修復(fù)時(shí)保持濕度10%～25%。

（6）修復(fù)結(jié)果測定。

（7）種植小麥等農(nóng)作物，恢復(fù)自然生態(tài)環(huán)境。

3 試驗(yàn)效果

為了保證試驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性，本試驗(yàn)在7—9月期間進(jìn)行，對(duì)這8塊實(shí)驗(yàn)區(qū)鋪設(shè)草簾和農(nóng)用薄膜，確保膜內(nèi)溫度在16～34℃之間，同時(shí)對(duì)8塊試驗(yàn)區(qū)塊進(jìn)行澆水，保證試驗(yàn)區(qū)塊的濕度保持在10%～25%之間，試驗(yàn)效果見圖1。

圖1 兩種方案試驗(yàn)前后的對(duì)比

A試驗(yàn)區(qū)：采用自然修復(fù)的A1試驗(yàn)區(qū)經(jīng)過55天生物處理，含油量降至5.3%，而采用覆蓋草簾和薄膜的A2、A3、A4試驗(yàn)區(qū)的石油烴濃度降至2%以下（見表6），經(jīng)大慶油田有限責(zé)任公司環(huán)境監(jiān)測評(píng)價(jià)中心檢測，試驗(yàn)區(qū)土壤初始石油烴濃度由初期的18.7%降到2.86%。

表6 A試驗(yàn)區(qū)石油污染土壤現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果

B試驗(yàn)區(qū)：采用覆蓋草簾和薄膜的1、2、3、4試驗(yàn)區(qū)，經(jīng)過55天生物處理，石油烴濃度降至3%以下（見表7），經(jīng)大慶油田有限責(zé)任公司環(huán)境監(jiān)測評(píng)價(jià)中心檢測，試驗(yàn)區(qū)土壤初始石油烴濃度由初期的19.9%降到2.98%。

表7 B試驗(yàn)區(qū)石油污染土壤生物修復(fù)結(jié)果

通過A和B試驗(yàn)區(qū)取得的效果可以看出，在修復(fù)菌劑（DPF2和DPF4）、表面活性劑、激活劑(配方C)以及pH值為7～8.5的共同作用下，石油污染土壤得到了很好的治理，井場、管線、聯(lián)合站、中轉(zhuǎn)站及計(jì)量間周圍受到石油烴類污染的土壤都可以采用該方法進(jìn)行土壤修復(fù)。

4 結(jié)語

（1）鋪設(shè)草簾和農(nóng)用薄膜起到控溫保濕的效果，對(duì)菌株DPF2和DPF4現(xiàn)場生物修復(fù)具有明顯促進(jìn)作用。

（2）在氣溫16～34℃、土壤水分10%～25%條件下，采用DPF2和DPF4復(fù)合菌劑對(duì)試驗(yàn)區(qū)石油污染土壤進(jìn)行現(xiàn)場修復(fù)取得了較好的效果，石油烴濃度降到3%以下，該技術(shù)適合油田周邊地區(qū)石油污染土壤的原位修復(fù)。

（欄目主持 紀(jì)嫦杰）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.10.005

孫可靜：2009年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）資源勘查工程專業(yè)，從事地面工程技術(shù)管理工作。

2015-01-30

13946947739、158252794@qq.com