在石油勘探开发、加工以及储运过程中,由于跑、冒、滴、漏等客观原因造成油污染土壤现象,影响植物生长,降低土质,污染地下水,威胁安全供水。石油污染物进入土壤后,多种因素同时制约着污染物的生物降解。随着石油工业的发展,石油污染将会日趋严重,相应的处理技术也会相继出现,目前,治理油污染土壤的方法主要有焚烧法、固化法、热脱附法、洗涤法、微生物法等。微生物法是利用微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类污染物,使它们在生物的新陈代谢循环中转化和去除土壤中的石油类污染物,是目前应用较好的油污染土壤处理方法。
一、微生物的作用
石油的主要化学成分为烷烃、环烷烃和芳香烃组成,微生物利用石油烃类作为碳源进行同化降解,使其最终完全矿化,转变为无害的C02和H20无机物质的过程。降解效率可以通过改变土壤的温度、湿度、pH值、供氧及添加营养等来完成。
二、微生物降解的影响因素
在降解油污土壤的过程中,微生物受到包括土壤温度、湿度、pH值、供氧、营养以及油污染强度、表面活性剂等条件的影响。科学工作者正在研究如何充分利用客观条件以及人为控制因素来提高微生物的降解效率,并已取得阶段性成果。
1、温度对微生物降解的影响
温度不仅会影响石油烃类的物理性质和化学组成,还影响微生物的代谢速度和群种组成。低温时,油粘度增加,有毒的短链烷烃挥发性下降,生物降解滞后。在高温条件下,微生物的代谢速度增加,烃类生物降解速度加快,在30—40℃时达到最大。但温度过高,会抑制烃类的降解能力,因此有必要对气温低的地区进行温度控制。
2、湿度对微生物降解的影响
在水环境中,微生物的活性最大。如果土壤含水量过低,细胞活性将会受到抑制,自身代谢速率降低;否则土壤含水量过高,其有效毛细孔隙空间被水充满,就会阻碍微生物所需要的空气的进入。实践证明,在土壤含水量为其饱和含水量的30%~90%时,油的生物降解率较大。对于干旱地区的油污土壤的治理,可采取间断性的喷淋等手段以增强土壤的湿度,提高微生物降解效率。
3、pH值对微生物降解的影响
土壤的pH值范围一般在2.5--11.0之间,当pH值为7.0--7.8时烃类的生物降解速度最快。在石油烃类生物降解过程中,会产生一些酸性代谢产物而使得土壤的pH值下降。因此,当测定土壤的pH值低于微生物的最佳适应范围,就应该及时添加石灰进行调整。
4、供氧对微生物降解的影响
在02参与下,石油烃被微生物降解,基质被氧化酶氧化,1mg烃完全氧化为C02和H20需要3~4mg的02。因此,土壤中含氧量是否充足对降解效率有重大的影响。需对污染土壤进行曝气,使土壤中氧的浓度增加,方法一是土壤气相抽提及其衍生物通风,注入空气来提供氧气;方法二是用氧化剂H202作为氧源提供氧气。H202的加入,一方面可以直接氧化土壤中部分烃类污染物,另一方面可以及时补充土壤中氧分子的消耗,为生物的生长繁殖和烃类污染物的微生物降解过程提供充足的电子受体,还能稳定土壤的pH值,进而增强微生物的活性,促进石油烃的生物降解。
5、营养对微生物降解的影响
营养添加剂在降解的中后期起主导作用,这是因为在以化学氧化为主的阶段过去后,微生物降解起到了主要作用。在一定时间内,土壤中原有的营养物质会达不到微生物继续生长的要求,因此,适宜于微生物生长所需营养物的加入将对促进微生物数量的增加起到重要作用。磷源是微生物生长的主要因素,接入烃降解菌并添加氮、磷营养的处理,污油的去除率达98.8%,其中烃降解菌和氮、磷营养补充对烃降解率较大,明显强化了土壤的自净作用。
6、油污染强度对微生物降解的影响
在含大量油污染的土壤中,降解初期会淘汰一部分适于降解低浓度石油烃的微生物,从而使参加降解的微生物总数减少,造成降解率偏低等现象。因此,在微生物降解中期,油污染强度为降解的首要限制性因子,且污染强度越大,降解率越高。在中期,适于降解高浓度石油烃类的微生物大量繁殖,降解速度则大幅度增加。但是,如果烃浓度过高也会抑制微生物的生长。
7、加入表面活性剂对微生物降解的影响
在微生物降解初期,表面活性剂是烃类降解的主要影响因素,其原因可能是表面活性剂能增强有机物的亲水性,使原本吸附在土壤胶体上的油进入土壤溶液,从而增强了污染油的生物可利用性,促使生物降解速度。此外,进入土壤溶液后的石油烃类对土壤环境的危害也会有所减轻。但若加入的表面活性剂过多,会抑制微生物的生长。阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂联合作用,可使80%的石油残余物从土壤表面脱除。