王加寧：用微生物拆掉“化學(xué)炸彈”

唐鳳 仇夢斐 王晨

被稱為“工業(yè)血液”的石油是人類最重要的能源之一，但隨著越來越多油氣井的出現(xiàn)，土壤石油污染問題日益突出，這顆“化學(xué)定時炸彈”已經(jīng)成為不容忽視的環(huán)境問題。

而山東省科學(xué)院生態(tài)研究所研究員、副所長王加寧帶領(lǐng)的“污染控制與環(huán)境修復(fù)”團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，找到了拆掉這枚炸彈的“秘密武器”—愛吃石油的微生物。

世界難題

據(jù)了解，我國大慶、勝利、遼河和中原等油田數(shù)萬口油井附近100～200平方米的范圍內(nèi)都看不到草木生長的痕跡。

“土壤被原油污染后就成了不毛之地，每開采40億噸原油，就有7%的原油流入周圍環(huán)境。”王加寧說。

而石油污染土壤修復(fù)既是油田環(huán)境保護(hù)的世界性瓶頸難題，也是衡量國家污染土壤治理技術(shù)水平的標(biāo)志。

目前，石油土壤污染修復(fù)方法主要有3種—化學(xué)方法、物理方法和生物方法，通過物理方法或者化學(xué)方法處理后，土壤中微生物的生態(tài)受到嚴(yán)重破壞，土壤變成廢渣，難以根本解決問題。而利用微生物分解石油，不僅能修復(fù)污染，還能讓土壤更加肥沃。

生物修復(fù)作為土壤污染治理的主流技術(shù)，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但受限于石油類污染物的降解難度，一直還未形成工程化和實(shí)用化的石油污染土壤生物修復(fù)技術(shù)。

王加寧團(tuán)隊(duì)從十幾年前就開始承擔(dān)國家“863”石油污染土壤生物修復(fù)課題。“難度在于石油成分很復(fù)雜，其中包括烷烴類的、芳香烴類的、石油里面的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)。因?yàn)槭统煞謴?fù)雜，受污染土壤中可能存在幾百上千種化合物，一種方案很難修復(fù)。”他說。

因此，該項(xiàng)目技術(shù)攻關(guān)的難點(diǎn)之一就是不斷篩選，找到效果最好的菌群。“要篩出來一個菌劑最好的配方，可能得幾百上千次實(shí)驗(yàn)。”王加寧說。

拆掉“炸彈”

2013年山東省科學(xué)院聘請了中科院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所郭書海研究員作為學(xué)術(shù)帶頭人，成立了“污染控制與環(huán)境修復(fù)”創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。數(shù)年來，他們經(jīng)歷了不斷重復(fù)的實(shí)驗(yàn)，針對烷烴、芳烴和膠質(zhì)等石油組分的降解過程、強(qiáng)化機(jī)制及材料設(shè)備，開展了修復(fù)原理、工藝方法和技術(shù)工程化三方面的全鏈條創(chuàng)新，以電動協(xié)同、微生物包埋、生物增溶為增強(qiáng)手段，創(chuàng)建了石油污染土壤生物強(qiáng)化修復(fù)工程技術(shù)體系。“石油污染土壤生物修復(fù)工程技術(shù)體系構(gòu)建及應(yīng)用”成果榮獲2017年度山東省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎。

實(shí)際上，這些微生物就“生活”在油田附近。“油田周圍被污染的油泥地里生長著不少微生物。其中有一些依靠石油中的碳源生長，我們先挑選出‘飯量大的，然后進(jìn)一步篩選論證，將它們制成菌劑。”王加寧說。

從上萬種菌群中發(fā)現(xiàn)適合細(xì)菌之后，研究人員還要找到最適合培養(yǎng)菌群的環(huán)境，然后投入模擬應(yīng)用，再次不斷實(shí)驗(yàn)。

最終，該團(tuán)隊(duì)在石油污染土壤、采油產(chǎn)生的油泥砂、多環(huán)芳烴以及農(nóng)藥污染場地及農(nóng)業(yè)面源污染等領(lǐng)域的修復(fù)技術(shù)上取得了較大突破，在石油污染土壤修復(fù)技術(shù)方面，開發(fā)了耐鹽、耐低溫、耐高油污修復(fù)菌劑2個，結(jié)合生物強(qiáng)化、生物刺激、土壤改良等技術(shù)，在勝利油田建立了石油污染修復(fù)前、修復(fù)中和修復(fù)后的技術(shù)應(yīng)用規(guī)范，填補(bǔ)了我國利用微生物—植物聯(lián)合修復(fù)石油污染土壤的空白。

落地生根

目前，該成果在勝利油田、遼河油田和吉林油田進(jìn)行工程應(yīng)用，累計(jì)處理石油污染土壤12萬噸，消減了生態(tài)脆弱區(qū)環(huán)境風(fēng)險，取得經(jīng)濟(jì)效益1.43億元，解決了長期困擾我國油田區(qū)石油污染土壤修復(fù)的工程技術(shù)難題，主要成果入選《2016年國家重點(diǎn)環(huán)境保護(hù)實(shí)用技術(shù)》。

例如，勝利油田金島實(shí)業(yè)有限責(zé)任公司利用該項(xiàng)目研發(fā)的生物及強(qiáng)化修復(fù)技術(shù)，自2014年1月至2016年11月針對勝利油田孤島采油廠、樁西采油廠、河口采油廠等多個采油廠周邊的石油污染土壤和采油過程中產(chǎn)生的10.4萬噸含油污泥進(jìn)行了修復(fù)工程應(yīng)用。經(jīng)過12個月的修復(fù)周期后，土壤中石油污染物濃度降低73%，修復(fù)后的土壤達(dá)到了農(nóng)田的使用標(biāo)準(zhǔn)。

現(xiàn)在，在勝利油田附近的實(shí)驗(yàn)田，油污地開始有了生機(jī)，實(shí)驗(yàn)棚里的植物已經(jīng)生長得郁郁蔥蔥。

“新舊動能轉(zhuǎn)換每個產(chǎn)業(yè)都離不開環(huán)保，之所以叫舊動能，就是因?yàn)槟芎母摺⑿实汀⑽廴局兀瑥倪@個角度理解，動能轉(zhuǎn)換的最終問題還是環(huán)保問題，新舊動能轉(zhuǎn)換名單里的十大產(chǎn)業(yè)沒有把環(huán)保單獨(dú)拿出來作為一個產(chǎn)業(yè)，但每個產(chǎn)業(yè)都必須把環(huán)保、生態(tài)放在首位，而對關(guān)停企業(yè)的治理就更離不開環(huán)保技術(shù)了。”王加寧說。

此外，團(tuán)隊(duì)先后與烏克蘭、俄羅斯、美國、澳大利亞、愛爾蘭、西班牙等國的相關(guān)大學(xué)、科研院所及企業(yè)建立了國際合作關(guān)系，在環(huán)保、高效石油吸附材料的研制以及關(guān)鍵技術(shù)引進(jìn)及應(yīng)用領(lǐng)域，開展聯(lián)合研究，積極引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)與產(chǎn)品，推動了我國石油污染控制及修復(fù)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步。

（本文轉(zhuǎn)自《中國科學(xué)報》）