石油化學污染土壤生物修復技術研究進展

蘭旭琴

（貴州醫科大學神奇民族醫藥學院，貴州 貴陽 550002）

石油在開采、運輸、煉制的過程中必會引起污染，特別是石油泄漏導致的污染，一旦泄漏，則會破壞土壤結構的破壞，會導致土壤功能下降，毒素也將停留在土壤中，若不及時處理，則會通過食物鏈進入到人體中，直接影響人的身體健康，嚴重者會導致身體癌變。但在目前的科學技術水平及管理水平下，這種污染還無法杜絕，因此如何做好土壤生態環的保護與治理是關鍵，通過治理讓土壤中的各種生物通過吸收、降解來轉化土壤中的污染物，從而達到有效降低土壤中有害污染物的過程。而生物修復技術能有效利用土壤微中的生物將有機污染物轉化成碳源和能源，將其有害污染物降解成無害的二氧化碳和水或者其他無害物質，這是近年來國內外學者研究的重點也是本文探討的重點。

1 關于土壤生物修復技術

1.1 定義

廣義的生物修復通常是指利用各種生物的特性，吸收、降解、轉化環境中的污染物，使受污染的環境得到改善的治理技術，一般分為植物修復、動物修復和微生物修復三種類型。而我們常說的生物修復是指通過人工控制，利用特定的方法有針對性的植入微生物 （酵母菌、真菌等），使微生物通過降解、轉化清除環境中污染物的技術，使土壤無害化。生物修復技術一般有三種類型：①通過植物實現修復；②通過蚯蚓、微生物等動物來實現動物修復；③利用土壤中本身的土著微生物的新城代謝，或人工補充具有降解轉化污染能力的人工微生物群實現修復［1］。

2 土壤石油化學污染現狀及危害

有數據顯示，當今世界每年石油產量約22×108t，其中就有108t是由陸地油田產出。但石油污染十分嚴重，據統計僅石油化工污染一項全年全世界就有8×106t進入到環境中，我國作為最大的石油生產和消費國，因為生產條件相對落后，導致我國石油污染問題十分嚴重，特別是土壤的石油污染問題，這些石油物質進入土壤后，其含的有機物會堵塞土壤的孔隙結構，破壞土壤結構，直接引起土壤理化特征變化，除此，其富含的反應會直接與土壤中的無機氮、磷結合并限制硝化作用和脫磷酸作用，使土壤中的磷、氮含量減少，土壤的質量變得惡化。據不完全統計，我國石油污染的土壤面積達到×103hm2，全國類似農田有1×105hm2，且污染面積還在不斷擴大。特別是遼河油田周圍的土壤，污染嚴重，土壤中的原油量達到1×104mg／kg，是標準值的20倍。從周圍農作物的實際情況來看，作物減產嚴重，且農殘超標，根本無法食用。以玉米為例，當土壤原油含量達到3100mg／kg時，玉米減產達到10%以上，對玉米進行含量鑒定，發現其中苯并吡嚴重超標，根本無法食用［2］。

3 土壤微生物修復技術國內外發展狀況

利用生物技術修復石油帶來的土壤污染早在20世紀40年代的時候國外就有相關研究了，但在80年代前土壤有機質量還僅存在物理和化學方法的治理方法。直到20世紀80年代才明確提出了生物修復技術。目前已有200余種微生物應用到石油化工污染的土壤修復中，一直發展到90年代，生物技術修復被認為是最具有生命力的土壤修復技術。1991年美國將其定位最可行有效的修復方法，1994年更是在可持續環境中的生物技術大會中，提出了基因工程微生物、優選為生物菌株和生物傳感技術利用菌株等三大最新發展技術領域。到了近30年國外的石油污染土壤生物修復技術研究更是發展得如火如荼。我國的石油化學污染土壤生物修復技術才處于初步階段，我國是在20世界70年代才涉足的，且主要集中在微生物對原油和芳徑的降解效率，以及微生物對芳徑物質的機理研究。研究手法則主要是利用降解微生物對石油污染的土壤進行模擬性修復實驗上，直到21世紀初才開始以微生物修復、植物修復研究應用為重點。由此可見，我國關于這方面的研發才剛剛開始，其在我國具有廣闊的市場和發展前景。

4 生物修復技術存在問題及主要研究方向

目前，生物修復技術經過全世界的努力，已經取得了一定的成績，但畢竟其發展歷史較短，還存在一定的問題。這些問題限制了目前土壤生物修復技術的發展，這也是未來的主要研究方向。這些問題主要集中在幾點：

1）生物量大、污染物去除效率高的植物材料還不能滿足實際需求。

無論是植物修復還是生物修復，生物本身的特性是治理的關鍵，尋找、篩選、馴化、培養合適的植物和微生物種類是關鍵。但目前，我國的植物修復研究和應用還處于早期階段，真正生物量大、去污能力強，且適用與工程修復的重金屬超富集植物發現得還不多，常用的只有蜈蚣草、大葉井口邊草等植物，總量來看非常少。我國地大物博，植物資源非常豐富，還需要我國科學家們不斷研究，尋找這些超富集植物，并加以應用。除此，應采用分子生物手段來提高現有植物對污染物的耐心、富集能力也是研究的關鍵問題。

2）生物修復過程中的輔助設備、配套技術還不夠完善。

目前研究發現，在土壤生物修復技術開展中，環境的影響十分重要。大多數微生物喜歡在溫暖、潮濕、氧分充足的環境中。在這樣的環境下，生物的活性、吸附性、富集性都是最優的，但石油化工污染過的土壤中環境很差，土壤結構也很差，生物在其中的存活性很弱，特別是植物，這種環境中生存率極低，這種情況就需要人為的配合相關設備，以改善生物的生存特性。除此之外，大多數微生物在厭氧條件下降解污物能力很弱。而且有可能有些化合物在厭氧條件下會產生毒性，會導致二次污染。這也需要相關的設備來補充土壤中的氧或其他受體，以此提高生物修復的效率。這也是接下來主要研究內容之一［3］。

3）生物修復的有效性提高的問題有待提高和強化。

土壤在被石油化工品污染后，受其空間分布和水溶性影響，以及受土壤有機質或黏土礦物結合的影響，生物修復的有效性變得很低。這種情況下則需要與化學修復想結合，添加相關的化學添加劑，以活化土壤重金屬和有機污染物，增強其生物有效性，從而提高生物修復的效率。但需要注意的是，化學添加劑在某種程度上來講，其本身就是一種污染。為了避免在修復過程中導致地下水、地農水等環境的二次污染，就需要開發和使用無污染、低風險的天然化合物等環境風險較小的添加劑，并加強其生態風險問題及控制對策的研究。

4）加強生物修復技術工程化和產業化的配套應用研發。

目前來看，無論是微生物修復還是植物修復或是動物修復，理論研究和技術應用都有明顯的進步［4］，但從應用的角度來看，依然存在一些問題，使其還無法滿足產業化的要求。如：重金屬等共存有毒物質對生物降解的一致作用；生物對污物的去除具有較強的專一性，特定的植物或生物只能去除特定的污染物，這導致去污效率低，除此污染物濃度降低微生物則會出現無法發揮作用的情況；等等。因此，還需要從工程學、土壤學、環境化學、生物學、生態學、土壤學、基因工程等多個學科綜合入手，不斷研發，不斷尋找新的方案，這樣才能找到綜合性的問題解決辦法。

5 結語

我國經濟正處于飛速發展的階段，但隨著工業的發展，石油污染會更加嚴重，若無法及時對土壤進行修復，那么我國人多地少的壓力會越來越大，這對于我國經濟的發展，抑或對于我國人民的身體健康都是極其不利的，生物修復技術作為一種治理效率高、費用低、可操作性強的修復治理方法，在未來將得到大力推廣。在后期的研究工作中，只有將這些問題逐一解決了，我國的石油化學污染土壤生物修復技術才能得到真正的實施應用，才能實現產業化。