石油污染土壤的微生物技術(shù)研究探討
摘要：隨著我們中國社會的不斷發(fā)展，能源和環(huán)境問題成為了我國社會經(jīng)濟發(fā)展過程中所面臨的突出問題。石油對土壤的污染主要是來源于在石油勘探、開采、運輸、儲存、加工以及生產(chǎn)過程，而石油開采工作過程中的落地原油受到地球的吸引，在毛細血管力的作用下沿土壤深度方位遷移并出現(xiàn)平面擴散，因此在油井區(qū)域的周遭大部分面積的土壤會更容易受到石油的污染。對于石油污染土壤的處理問題可利用微生物修復(fù)技術(shù)進行解決。
本文是以探討石油污染土壤微生物修復(fù)技術(shù)的生物強化和生物刺激為主要研究內(nèi)容，通過收集國內(nèi)外前人研究成果，歸納總結(jié)石油污染土壤微生物修復(fù)技術(shù)的修復(fù)類型；歸納整理影響石油烴降解菌修復(fù)率的因素；探討從實驗成果中帶來現(xiàn)實生活的實際效應(yīng)，為進一步研究提供參考。
引言：石油(Petroleum)作為我國一種重要的能源，被稱為“工業(yè)血液”，被廣泛應(yīng)用于人們的日常生活中的各個行業(yè)。而我國的石油資源集中分布在八大盆地，分別位于柴達木、準(zhǔn)噶爾、珠江口、渤海灣、松遼、塔里木、鄂爾多斯以及東海[1]，勘探開發(fā)的油田區(qū)域已有四百多個,所包含的油田區(qū)域?qū)⒔f平方千米。目前為止，每年我國乃至全世界的石油生產(chǎn)總量都會超過三十億噸[2-3]。修復(fù)受油污染的土壤有許多的辦法，在早期修復(fù)歷史中學(xué)者們選擇的多是物理修復(fù)和化學(xué)修復(fù)。而如今學(xué)者們發(fā)現(xiàn)了更好的修復(fù)技術(shù)：微生物修復(fù)技術(shù)，選擇微生物來修復(fù)石油污染。相較于物理修復(fù)和化學(xué)修復(fù)，微生物修復(fù)有著成本低，高效性和多樣性等特點，受到了國內(nèi)外學(xué)者們的歡迎[6]。本篇重點分析整理微生物修復(fù)技術(shù)中的兩大項：微生物生物強化(bioaugmentation)和生物刺激(biological stimulating)，這兩種類型。總結(jié)歸納影響修復(fù)率的因子，展望未來在是生活中帶來的實際效應(yīng)。
一、研究技術(shù)
（一）石油污染土壤的微生物技術(shù)
微生物技術(shù)的重點便是微生物，而微生物存在與自然界，它們是自然界中不可缺少的生物[41]。在自然界中細菌、真菌、藻類或者微型原生動物等都可以叫微生物。在現(xiàn)代定義中，則是稱為觀察不到的微小生物[42]。微生物污染土壤的過程主要是在適當(dāng)?shù)臈l件下利用土著微生物或外源微生物降解石油烴的方法。人為主導(dǎo)的使用微生物進行降解石油污染物質(zhì)的過程[43-44]。常見的微生物修復(fù)技術(shù)包括生物強化、生物刺激、土壤耕作法、生物堆法生物反應(yīng)器、聯(lián)合修復(fù)法等[45]。
（二）微生物修復(fù)技術(shù)中的生物強化
生物強化是指通過添加細菌或古菌來提高石油污染土壤中的生物降解速度的過程[46]。簡單來說，就是將選定的具有強力降解能力的菌株投加進受污染的場所，通過高效的降解去除污染石油烴的過程。目前我國已發(fā)現(xiàn)一百多個屬，兩百多個種能降解石油烴，在其中能夠降解石油烴的屬一共有二十八個屬，主要包括假單胞菌屬、節(jié)桿菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬、棒狀桿菌屬、黃桿菌屬、芽孢桿菌屬、微球菌屬、微桿菌屬等[47-49]。通過投加優(yōu)質(zhì)菌劑、營養(yǎng)物質(zhì)或者適量的空氣等對原位微生物進行強化，從而提高降解能力，促進修復(fù)，降低受污染濃度。而我們選定的高效降解菌是生物強化這條線上的樞紐，進行的過程有[50]：①從石油污染土壤中獲取樣本土壤，進而分離出適合菌株；②通過對比實驗，挑選出降解能力強的菌株；③在反復(fù)對選出的菌株進行人工馴化；④在進一步挑選菌株；⑤最后得到降解能力最合適的菌株，并進行繁殖培育。
在通過來源分類，可分為外源微生物和原生微生物[51]。
外源微生物是一般從土壤中先行分離，在經(jīng)過篩選培育，后大量生產(chǎn)，往土壤內(nèi)添加，并解決石油污染問題。但是因為投加的是外源微生物，在進行強化過程會和原生微生物相碰撞，有幾率無法實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的融合，造成所屬外源微生物的高效降解菌無法存活的問題。
原生微生物則是污染場所當(dāng)?shù)氐奈⑸铮Y選后的原生微生物對原污染場所有較強的適應(yīng)能力，會帶來更高效的降解速率，適宜的修復(fù)受污染區(qū)域。
（三）微生物修復(fù)技術(shù)中的生物刺激
在油類污染修復(fù)過程中，生物刺激通過添加氧化劑、碳源以及營養(yǎng)物質(zhì)等物質(zhì)可刺激土壤微生物的強度和活性，從而提高油類污染土壤的微生物降解率。由于微生物對石油污染的降解能力極大，該方法在生物修復(fù)工程中得到了廣泛的應(yīng)用[52]。在做實驗中如果投加碳源，可加入玉米淀粉、玉米粉、可溶性淀粉和葡萄糖等。營養(yǎng)物質(zhì)則有過氧化氫、過碳酸鈉、碘等。營養(yǎng)物質(zhì)也可加入肥料中的氮、磷、鉀等。
二、石油污染土壤的實驗研究過程
（一）石油污染土壤的生物強化技術(shù)
喬俊等（2010）通過實驗為添加營養(yǎng)物質(zhì)可為石油污染土壤治理進一步提供解決問題的方案，且證明此法是可行的。實驗是測定添加營養(yǎng)物質(zhì)強化土著微生物，提高石油烴降解效率。實驗開始先行計算土樣含水量，用重量法檢查土樣石油烴。實驗初期，土樣最開始石油烴量為8.46%，營養(yǎng)元素碳、氮、磷比例不夠，而NPK復(fù)合肥可幫助調(diào)節(jié)土樣中的營養(yǎng)元素，促進微生物降解，提高降解率。實驗時長為50天數(shù)，通過在實驗對比組中加入腐殖酸和諾沃肥進行觀察，各組實驗的石油降解率都有明顯增長。
黃廷林等（2008）學(xué)者利用鄰單胞菌屬SY23菌株，分別利用四種條件進行對比實驗。對受污染土壤加不加入生物菌劑和是否翻耕這四種條件修復(fù)受污染土壤。實驗是選擇投菌加上翻土作為條件進行對比實驗。實驗研究是使4組實驗組在自然溫度下自然把控，但每天會加水保持水分，每隔四天去一次樣，同時檢測含油量，電導(dǎo)率，含水量pH值。從數(shù)據(jù)中可以得到實驗土壤中的石油含量隨著時間的變化都逐漸降低，石油去除率不斷提高，電導(dǎo)率隨時間變化慢慢降低至平穩(wěn)切各組數(shù)據(jù)接近。
（二）石油污染土壤的生物強化技術(shù)
丁克強等（2001）學(xué)者研究通氣對降解石油烴的效果實驗，為后續(xù)研究進展提供數(shù)據(jù)。實驗是進行通氣技術(shù)，驗證了通氣對降解石油烴的效果達到預(yù)期效果。本次實驗進行50天，在樣本土壤中依次投加一定比例的營養(yǎng)元素，膨松劑和菌劑[57]。通過引入氣體進入土壤并投入調(diào)好比例的樣品。實驗中記錄對比隨著通氣量的變化降解率是如何變動的，經(jīng)過四十八天，突出發(fā)現(xiàn)六個點的數(shù)據(jù)變化顯著，在第10,17,24,31,34,48天的時候降解率有所明顯顯示。
李雙強等（2008）學(xué)者研究了不同電子受體對微生物修復(fù)石油污染的效果，分批進行實驗研究。首先馴化西安市獲取的污泥，而后和另一污泥作對比，放入三角瓶內(nèi)，按照順序依次加入選取的電子受體，在使用高純氮氣對瓶內(nèi)氧氣吹脫，后加入苯攪拌分析等。以上實驗是選擇電子受體這種生物刺激方式進行實驗，此實驗是為重點講解石油烴中的苯。
牛明芬（2005）學(xué)者的實驗先測驗菌株之間對石油烴降解效果如何，后進行拮抗實驗，實驗先試驗集中細菌真菌相互搭配是否存在拮抗現(xiàn)象，實驗證明相互間無拮抗現(xiàn)象后開始后續(xù)實驗。實驗選用高效降解菌B2020，真菌F2006,F2008,F6,F9904,F9902進行互配，對生物預(yù)制床中的各類油進行測定，實驗天數(shù)進行了150天，于30天，90天，120天，150天，分別取樣記錄，發(fā)現(xiàn)表面活性劑對石油降解有促進作用。以上實驗是選擇生物刺激中的添加表面活性劑方式，通過添加表面活性劑，刺激微生物降解瀝青質(zhì)的效率提高，
結(jié)語
如今解決石油污染土壤的問題已突顯實際，解決形勢迫在眉睫。目前，已掌握的修復(fù)技術(shù)也不止幾種，但是缺點明顯，例如費用昂貴，勞動力支出大，修復(fù)過程安全程度低，降解率低等問題。這些問題都是需要解決的，而我們選擇微生物修復(fù)技術(shù)，適合我國國情，對這些問題，有著更好的解決方法。
從前人學(xué)者的研究結(jié)果中我們優(yōu)選生物強化和生物刺激修復(fù)方法。
生物強化技術(shù)是通過使用高效降解菌來強化受污染土壤中的微生物，增強土壤中微生物的石油烴降解能力，達到修復(fù)受污染土壤的一門技術(shù)。外源微生物對當(dāng)?shù)厥臀廴就寥赖闹卫碛袝r會差強人意，且還會改變內(nèi)部微生物群落的組成部分，因此我們在選擇受污染土壤時要斟酌對比，是選擇外源微生物還是本土微生物。本土微生物長期處于受污染場所，在這種環(huán)境下，不斷適應(yīng)并且生長，因此在做實驗的時候發(fā)現(xiàn)，本地微生物在降解此地污染場所的效果會好于外源微生物。
生物刺激是通過刺激微生物繁衍，激發(fā)活性和強度，從而提高土壤中微生物降解石油烴的能力的一種技術(shù)。從所歸納整理實驗中我們可得知，氧氣可以刺激微生，提高石油烴降解酶的能力，氧化劑、表面活性劑等都可以從中刺激微生物，從而使實驗中的降解率顯著增加。
而生物強化和生物刺激相結(jié)合解決石油污染土壤問題，考察所要治理土壤的環(huán)境因子，選取外源微生物和本土微生物進行對比，且在原位治理之前，先在實驗室進行模擬操作，選出合適方案后，對原位污染場所進行措施。這種兩者結(jié)合的方法也是可取的。
參考文獻
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