利用剩余活性污泥修復石油污染土壤的探索研究

姜曉艷（中國石油遼河石化公司，遼寧 盤錦 124022）

利用剩余活性污泥修復石油污染土壤的探索研究

姜曉艷（中國石油遼河石化公司，遼寧 盤錦 124022）

含油剩余活性污泥（EOAS）是煉油污水生化過程產生的典型固體廢棄物，但含有豐富的微生物資源、有機質以及營養物質。石油污染土壤（PCS）具有較高的生態風險，但由于缺乏兼具技術與經濟性能的修復技術，使得PCS的規模化修復難以開展。本論文基于“以廢治廢”的思想，實驗性探索了利用EOAS修復PCS的可行性。研究發現，EOAS中的石油降解菌群發揮了對PCS的修復作用，降解了＞40%的柴油以及＞20%的原油；而且可對土壤的有機質與全氮進行補充。

石油污染土壤；剩余活性污泥；以廢治廢；修復

煉油污水生化處理會副產大量的剩余活性污泥（EOAS），一般作為含油“危固物”被焚燒或填埋[1]。EOAS經過煉油污水的長期馴化，含有豐富的石油降解菌群，且有機質與總氮含量也會較高，焚燒或填埋處理會造成極大的能量損耗與資源浪費[2]。環境污染是石油石化工業高速發展的負面產物之一，中國存在著嚴重的土壤石油污染，因其具有污染物種類多，潛伏周期長，擴散面積廣，環境風險高的特點，如果現在不能有效控制，未來可能進一步惡化。針對不斷增多的石油污染土壤（PCS）案例所帶來的環境與健康風險，修復技術在研究與實踐中不斷改進和創新。熱解吸、土壤清洗等異位（ex-situ）修復因周期短、見效快而被廣泛采用，但異位修復對土壤原有組成、性質及農業生態功能破壞性較大[3]。發展兼具清潔、節能以及生態友好等特性的微生物原位修復（in-situ）技術是未來趨勢[4]。為此，本研究擬將EOAS的綜合利用與PCS的微生物原位修復相結合，利用石油降解菌群加速修復，利用有機質與氮源營養改善土壤性能。探索一種同步生態化修復PCS并生態化利用EOAS的新途徑。

1 實驗部分

1.1 實驗樣品

EOAS樣品取自遼河石化公司污水場的剩余污泥濃縮池。模擬石油污染的土壤樣品取自該濃縮池附近區域的表土層，自然風干碾碎后過篩去除植物根莖和雜草。模擬污染源之一為原油（遼河油田超稠油）；污染源之二為0#柴油，購自北京昌平區某加油站。

1.2 實驗方法

將40g土壤、2g原油或柴油、一定量的EOAS、約5mL的蕎麥殼、0.386g尿素、0.101g磷酸氫二鉀以及10mL蒸餾水混合均勻后置于培養皿內，在恒溫恒濕箱內（溫度30℃、濕度50%）進行培養。每組修復實驗平行開展三次，在0d至90d內定期取樣分析。土壤樣品編號C-PCS表示僅添加原油污染源，D-PCS表示僅添加柴油污染源；編號C+1A-PCS表示添加原油污染源以及1mL EOAS，D+1A-PCS表示添加柴油污染源以及1mL EOAS；編號C+10A-PCS表示添加原油污染源以及10mL EOAS，D+10APCS表示添加柴油污染源以及10mL EOAS。

2 結果與討論

2.1 EOAS及土壤基本性質

由表1可知，EOAS樣品具有很高的微生物FDA活性，說明存在活性的微生物群落，具有降解石油類污染物的潛力；而土壤樣品本身的FDA活性則相對要低得多。EOAS中有機質與全氮的含量要遠遠高于土壤基礎值，具有改良土壤的潛力，值得注意的是石油污染物也會貢獻一部分有機質含量。但是EOAS中的含油量，以及部分重金屬（Cun）含量要遠高于土壤基礎值，因此EOAS在PCS修復中的投加量要適度控制。通過含油量與有機質含量數據可以判斷，EOAS中的有機質主要由微生物有機體所貢獻，石油類污染物對有機質的貢獻率非常低。

表1 EOAS及土壤樣品的基本性質分析

圖1 EOAS修復PCS過程中微生物數量（a）與FDA活性（b）變化

Zn Ni mg/kg干土mg/kg干土60．9 17．7 8340 49．1

2.2 微生物數量與活性變化

EOAS修復PCS過程中微生物數量與FDA活性變化趨勢見圖1。微生物數量與活性在修復初期出現了暫時下降的現象。隨著微生物種群結構逐漸達到平衡并適應環境，微生物開始加速利用混合土樣中的碳源與營養，使得微生物數量與活性顯著增加[5]。微生物數量在10-40d內、FDA活性在15-55d內的修復期內均保持了高位，通過在PCS中添加EOAS可以增加微生物數量與活性。增大EOAS添加量對于改善原油污染土壤中微生物與活性的程度較小，但是對于柴油污染土壤環境中微生物與活性改善非常明顯，說明碳源類型對微生物功能的發揮非常重要。

2.3 石油類污染物的變化

EOAS修復PCS過程中的含油量呈持續下降的趨勢（見圖2）。作為空白樣的C-PCS在90d修復期內含油量由32209mg∕kg降至26615mg∕kg。可見在適宜的環境條件下，土壤中的土著菌群在馴化后也可以利用石油類污染物作為碳源實現17.4%的降解率。通過添加不同量的EOAS，C+1A-PCS與C+10A-PCS在90d修復期內對含油量的降解率僅分別提高至19.4%與20.9%。空白樣D-PCS在60d修復期內含油量由41236mg∕kg降至28637mg∕kg，降解率達到30.5%。在添加EOAS后，D+1APCS與D+10A-PCS在60d內的含油量降解率均可提高至43.4%。輕質含油組分是微生物相對容易利用的碳源，添加少量EOAS就可以實現微生物接種，利用相對優質的碳源快速生長并實現對輕質含油組分的降解，通過增加EOAS改善對柴油污染土壤的修復是沒有必要的。

圖2 EOAS修復PCS過程中的含油量變化

2.4 土壤性質的變化

有機質含量與土壤性質密切相關，是評價土壤肥力的重要指標。但由于石油污染物也會貢獻有機質，因此并不表示有機質含量越高土壤性質越好。隨著微生物逐步降解石油污染物及其他可利用碳源，PCS中的有機質含量在EOAS修復過程中緩慢下降（圖3）。由于輕質石油組分可以被微生物較大程度降解，增加EOAS用量并不影響修復后柴油污染土壤的最終有機質含量。在添加EOAS后，PCS在修復終點的有機質含量要明顯高于原始的土壤樣品，有機質含量明顯提高，但其中有小部分比例由含油量所貢獻。氮源含量與植物、微生物的生長關系密切。在EOAS修復PCS過程中，全氮含量呈持續下降趨勢（圖4），恒溫恒濕箱內是宏觀的好氧環境，但在培養皿內部存在微觀的缺氧環境；因此全氮含量可以在微生物的硝化-反硝化作用下有所降低。EOAS投加量對修復后土壤中全氮含量的影響并不顯著，但相對于初始土壤全氮含量已有了明顯的提高。

圖3 EOAS修復PCS過程中有機質含量變化

圖4 EOAS修復PCS過程中全氮含量變化

3 結語

上述實驗性探索說明了EOAS具有修復PCS并改善土壤的潛力。在EOAS中石油降解菌群與土壤中本源菌群的共同作用下，可以降解PCS中的輕質石油組分，但不能降解PCS中較重的石油組分。在PCS中增大EOAS投加量后，可以改善輕質石油組分的降解效率，但對較重石油組分降解的促進效果十分有限。EOAS中豐富的有機質與全氮可為土壤提供適度補充，但同時也有在PCS中引入外源石油污染物的風險。EOAS修復PCS的最優條件及其負面影響還需要更詳細的實驗設計進行驗證。

[1]郭紹輝,彭鴿威,閆光緒,等.國內外石油污泥處理技術研究進展[J],現代化工,2008,28(3):36-39.

[2]趙虎仁,蘇燕京,葉艷,等.石油煉廠含油污泥無害化處理初步研究[J],石油與天然氣化工,2003,32(6):396-398.

[3]Faisal I.Khan,Tahir Husain,Ramzi Hejazi.An overview and analysis of site remediation technologies[J].Journal of Environ?mental Management,2004,71:95-122.

[4]丁克強,孫鐵珩,李培軍.石油污染土壤的生物修復技術[J].生態學雜志,2000,19(2):50-55.

[5]徐金蘭,黃廷林,唐智新,等.高效石油降解菌的篩選及石油污染土壤生物修復特性的研究[J].環境科學學報,2007,27 (4):622-628.

姜曉艷（1981-），女，工程師，畢業于中國石油大學（北京）環境工程專業，碩士，現從事環境保護科研研究工作。