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(guó)社會(huì)的不斷發(fā)展，能源和環(huán)境問(wèn)題成為了我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中所面臨的突出問(wèn)題。石油對(duì)土壤的污染主要是來(lái)源于在石油勘探、開(kāi)采、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、加工以及生產(chǎn)過(guò)程，而石油開(kāi)采工作過(guò)程中的落地原油受到地球的吸引，在毛細(xì)血管力的作用下沿土壤深度方位遷移并出現(xiàn)平面擴(kuò)散，因此在油井區(qū)域的周遭大部分面積的土壤會(huì)更容易受到石油的污染。對(duì)于石油污染土壤的處理問(wèn)題可利用微生物修復(fù)技術(shù)進(jìn)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(qiáng)化和生物刺激為主要研究?jī)?nèi)容，通過(guò)收集國(guó)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(shí)驗(yàn)成果中帶來(lái)現(xiàn)實(shí)生活的實(shí)際效應(yīng)，為進(jìn)一步研究提供參考。
引言：石油(Petroleum)作為我國(guó)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(gè)行業(yè)。而我國(guó)的石油資源集中分布在八大盆地，分別位于柴達(dá)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(kāi)發(fā)的油田區(qū)域已有四百多個(gè),所包含的油田區(qū)域?qū)⒔f(wàn)平方千米。目前為止，每年我國(guó)乃至全世界的石油生產(chǎn)總量都會(huì)超過(guò)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(lái)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(diǎn)，受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者們的歡迎[6]。本篇重點(diǎn)分析整理微生物修復(fù)技術(shù)中的兩大項(xiàng)：微生物生物強(qiáng)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(lái)在是生活中帶來(lái)的實(shí)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(diǎn)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(xì)菌、真菌、藻類或者微型原生動(dòng)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(guò)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(jìn)行降解石油污染物質(zhì)的過(guò)程[43-44]。常見(jiàn)的微生物修復(fù)技術(shù)包括生物強(qiáng)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(qiáng)化
生物強(qiáng)化是指通過(guò)添加細(xì)菌或古菌來(lái)提高石油污染土壤中的生物降解速度的過(guò)程[46]。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是將選定的具有強(qiáng)力降解能力的菌株投加進(jìn)受污染的場(chǎng)所，通過(guò)高效的降解去除污染石油烴的過(guò)程。目前我國(guó)已發(fā)現(xiàn)一百多個(gè)屬，兩百多個(gè)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(gè)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(guò)投加優(yōu)質(zhì)菌劑、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或者適量的空氣等對(duì)原位微生物進(jìn)行強(qiáng)化，從而提高降解能力，促進(jìn)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(qiáng)化這條線上的樞紐，進(jìn)行的過(guò)程有[50]：①?gòu)氖臀廴就寥乐蝎@取樣本土壤，進(jìn)而分離出適合菌株；②通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，挑選出降解能力強(qiáng)的菌株；③在反復(fù)對(duì)選出的菌株進(jìn)行人工馴化；④在進(jìn)一步挑選菌株；⑤最后得到降解能力最合適的菌株，并進(jìn)行繁殖培育。
在通過(guò)來(lái)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(guò)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(wèn)題。但是因?yàn)橥都拥氖峭庠次⑸铮谶M(jìn)行強(qiáng)化過(guò)程會(huì)和原生微生物相碰撞，有幾率無(wú)法實(shí)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(wú)法存活的問(wèn)題。
原生微生物則是污染場(chǎng)所當(dāng)?shù)氐奈⑸?，篩選后的原生微生物對(duì)原污染場(chǎng)所有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，會(huì)帶來(lái)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(guò)程中，生物刺激通過(guò)添加氧化劑、碳源以及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等物質(zhì)可刺激土壤微生物的強(qiáng)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(duì)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(shí)驗(yàn)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)則有過(guò)氧化氫、過(guò)碳酸鈉、碘等。營(yíng)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(shí)驗(yàn)研究過(guò)程
（一）石油污染土壤的生物強(qiáng)化技術(shù)
喬俊等（2010）通過(guò)實(shí)驗(yàn)為添加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可為石油污染土壤治理進(jìn)一步提供解決問(wèn)題的方案，且證明此法是可行的。實(shí)驗(yàn)是測(cè)定添加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)強(qiáng)化土著微生物，提高石油烴降解效率。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始先行計(jì)算土樣含水量，用重量法檢查土樣石油烴。實(shí)驗(yàn)初期，土樣最開(kāi)始石油烴量為8.46%，營(yíng)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(yíng)養(yǎng)元素，促進(jìn)微生物降解，提高降解率。實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)為50天數(shù)，通過(guò)在實(shí)驗(yàn)對(duì)比組中加入腐殖酸和諾沃肥進(jìn)行觀察，各組實(shí)驗(yàn)的石油降解率都有明顯增長(zhǎng)。
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(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。對(duì)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(shí)驗(yàn)是選擇投菌加上翻土作為條件進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)研究是使4組實(shí)驗(yàn)組在自然溫度下自然把控，但每天會(huì)加水保持水分，每隔四天去一次樣，同時(shí)檢測(cè)含油量，電導(dǎo)率，含水量pH值。從數(shù)據(jù)中可以得到實(shí)驗(yàn)土壤中的石油含量隨著時(shí)間的變化都逐漸降低，石油去除率不斷提高，電導(dǎo)率隨時(shí)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(qiáng)化技術(shù)
丁克強(qiáng)等（2001）學(xué)者研究通氣對(duì)降解石油烴的效果實(shí)驗(yàn)，為后續(xù)研究進(jìn)展提供數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)是進(jìn)行通氣技術(shù)，驗(yàn)證了通氣對(duì)降解石油烴的效果達(dá)到預(yù)期效果。本次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行50天，在樣本土壤中依次投加一定比例的營(yíng)養(yǎng)元素，膨松劑和菌劑[57]。通過(guò)引入氣體進(jìn)入土壤并投入調(diào)好比例的樣品。實(shí)驗(yàn)中記錄對(duì)比隨著通氣量的變化降解率是如何變動(dòng)的，經(jīng)過(guò)四十八天，突出發(fā)現(xiàn)六個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)變化顯著，在第10,17,24,31,34,48天的時(shí)候降解率有所明顯顯示。
李雙強(qiáng)等（2008）學(xué)者研究了不同電子受體對(duì)微生物修復(fù)石油污染的效果，分批進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。首先馴化西安市獲取的污泥，而后和另一污泥作對(duì)比，放入三角瓶?jī)?nèi)，按照順序依次加入選取的電子受體，在使用高純氮?dú)鈱?duì)瓶?jī)?nèi)氧氣吹脫，后加入苯攪拌分析等。以上實(shí)驗(yàn)是選擇電子受體這種生物刺激方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，此實(shí)驗(yàn)是為重點(diǎn)講解石油烴中的苯。
牛明芬（2005）學(xué)者的實(shí)驗(yàn)先測(cè)驗(yàn)菌株之間對(duì)石油烴降解效果如何，后進(jìn)行拮抗實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)先試驗(yàn)集中細(xì)菌真菌相互搭配是否存在拮抗現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)證明相互間無(wú)拮抗現(xiàn)象后開(kāi)始后續(xù)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)選用高效降解菌B2020，真菌F2006,F2008,F6,F9904,F9902進(jìn)行互配，對(duì)生物預(yù)制床中的各類油進(jìn)行測(cè)定，實(shí)驗(yàn)天數(shù)進(jìn)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(duì)石油降解有促進(jìn)作用。以上實(shí)驗(yàn)是選擇生物刺激中的添加表面活性劑方式，通過(guò)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(yǔ)
如今解決石油污染土壤的問(wèn)題已突顯實(shí)際，解決形勢(shì)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(diǎn)明顯，例如費(fèi)用昂貴，勞動(dòng)力支出大，修復(fù)過(guò)程安全程度低，降解率低等問(wèn)題。這些問(wèn)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(guó)國(guó)情，對(duì)這些問(wèn)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(qiáng)化和生物刺激修復(fù)方法。
生物強(qiáng)化技術(shù)是通過(guò)使用高效降解菌來(lái)強(qiáng)化受污染土壤中的微生物，增強(qiáng)土壤中微生物的石油烴降解能力，達(dá)到修復(fù)受污染土壤的一門(mén)技術(shù)。外源微生物對(duì)當(dāng)?shù)厥臀廴就寥赖闹卫碛袝r(shí)會(huì)差強(qiáng)人意，且還會(huì)改變內(nèi)部微生物群落的組成部分，因此我們?cè)谶x擇受污染土壤時(shí)要斟酌對(duì)比，是選擇外源微生物還是本土微生物。本土微生物長(zhǎng)期處于受污染場(chǎng)所，在這種環(huán)境下，不斷適應(yīng)并且生長(zhǎng)，因此在做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，本地微生物在降解此地污染場(chǎng)所的效果會(huì)好于外源微生物。
生物刺激是通過(guò)刺激微生物繁衍，激發(fā)活性和強(qiáng)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中的降解率顯著增加。
而生物強(qiáng)化和生物刺激相結(jié)合解決石油污染土壤問(wèn)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(jìn)行對(duì)比，且在原位治理之前，先在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬操作，選出合適方案后，對(duì)原位污染場(chǎng)所進(jìn)行措施。這種兩者結(jié)合的方法也是可取的。
參考文獻(xiàn)
陳彩霞.我國(guó)區(qū)域能源效率及其影響因素分析[D].沈陽(yáng):理工大學(xué),2013.
崔麗虹.石油烴降解菌的篩選、鑒定及復(fù)合菌群降解效果的研究[D].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2009.
韓寒冰，劉杰鳳，機(jī)油降解菌的分離及其降解特性研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009,37(21):9883-9884.
高憲雯.微生物-植物在石油-重金屬?gòu)?fù)合污染土壤修復(fù)中的作用研究[D].山東:山東師范大學(xué),2013.
鹿玲.西北黃土石油污染生物修復(fù)影響因素的研究[D].甘肅:蘭州理工大學(xué),2013.
彭勝巍.石油污染土壤的花卉植物修復(fù)研究[D].中國(guó):天津南開(kāi)大學(xué),2009.
相關(guān)新聞推薦
1、肌苷對(duì)酸土脂環(huán)酸芽孢桿菌的生長(zhǎng)抑制效果、對(duì)橙汁品質(zhì)影響——摘要、材料與方法
2、不同保存條件、培養(yǎng)基對(duì)淋病奈瑟菌存活率的影響——結(jié)果、討論
3、磷霉素鈉聯(lián)合臨床常用抗菌藥物對(duì)醫(yī)院感染中常見(jiàn)病原菌體外抗菌活性——結(jié)果、結(jié)論
4、忍冬提取液對(duì)酸土脂環(huán)酸芽孢桿菌生長(zhǎng)曲線、細(xì)胞形態(tài)和生物膜形成能力的影響（三）
5、磷霉素鈉聯(lián)合臨床常用抗菌藥物對(duì)醫(yī)院感染中常見(jiàn)病原菌體外抗菌活性——摘要、材料與方法