石油烴污染土壤的微生物修復技術研究現狀

劉夢儒，王春勇，侯昕彤，朱博

（遼寧工業大學 化學與環境工程學院，遼寧 錦州121001）

隨著我國石油行業的蓬勃發展，石油的開采、加工等過程產生了大量廢水、廢渣和廢氣等。其中廢水排放、廢渣堆放、廢氣沉降以及石油的滲漏等對土壤造成了不同程度的污染[1-2]。石油企業土壤污染物種類較多，以有機物為主。當污染物進入到土壤后，可能會影響土壤質地、壓實度、滲透阻力，土壤肥力以及土壤重金屬含量等，還可能污染地表水以及地下水[3-5]。此外，污染物還可能會改變生物和微生物種群結構，破壞土壤生態系統等[6]。石油企業污染土壤中污染物還可以通過呼吸、皮膚接觸等進入人體，引起接觸性皮炎、視覺和聽覺幻覺障礙以及胃腸道疾病，以及增加兒童患白血病的風險等危害[7]。因而，對于石油行業引起的土壤污染問題亟需解決。

土壤微生物能夠促進土壤物質轉換和能量流動等[8-9]。在對石油行業污染土壤進行修復過程中，可以利用微生物或某些微生物過程去除或降解污染物。微生物可以將有機污染物轉化為二氧化碳和水等，或者將復雜有機物轉化成簡單有機物[7]。

微生物修復既可以進行污染點的原位修復，又可以進行異位修復。原位修復法，如直接投菌（像化工企業污染土壤直接投放降解菌，并提供營養物質）、生物培養和生物曝氣等[10]。異位修復主要是將污染土壤取出，通過堆腐法、生物反應器等在微生物的作用下修復污染土壤[10]。目前在國內外開展的石油污染土壤修復工作中，微生物修復已經取得顯著生態效益和應用前景[11]。

1 石油企業土壤污染物——石油烴

石油烴主要由碳和氫兩種元素組成，其組分能占到石油成分的95%以上，包含飽和烴、芳香烴、膠質和瀝青質[12-13]。石油烴在土壤中具有疏水性和難降解性，因而其對土壤生態環境的危害較為持久[13]。根據我國發布的《全國土壤污染調查公報》顯示，我國石油產區中石油烴是主要土壤污染物之一[14]。

目前針對石油烴污染土壤的修復技術有物理法、化學法和生物法。物理修復和化學修復法成本高，容易造成二次污染。而生物法中的微生物修復法則具有環境友好和不產生二次污染等優點，因而逐漸得到廣泛應用。

2 石油烴污染土壤微生物修復

2.1 生物刺激技術

生物刺激技術主要是指通過外源添加營養物質和電子受體等，促進土壤中某些能降解石油烴微生物的繁殖與生長，從而促進微生物對污染土壤的修復[11]。侯爽爽[15]研究了有機肥對石油烴污染黃綿土的刺激修復效果，研究結果表明滅菌和非滅菌的有機肥都能提升土壤微生物數量和活性，并促進土壤中石油烴的去除。李振偉[16]等通過添加NH4NO3和木屑等研究了通過生物刺激白腐真菌降解勝利油田附近采集的石油烴污染土壤效果，研究結果表明NH4NO3添加量為1 g·kg-1時，白腐真菌對石油烴的降解率達到22.88%，而木屑質量分數為5%時，降解率達到23.77%。WU[17]等研究了添加營養物質氮和磷生物刺激修復石油烴污染土壤，研究結果表明培養實驗進行到6 周后，石油烴降解了60%。

上述研究都是基于室內培養實驗開展的生物刺激法研究。生物刺激法在使用過程中，受環境影響較大，因而修復效果差異較大，且投加外源刺激物時，必須適量才能保證最佳修復效果，這些都限制了生物刺激法在實際修復中的工程應用[11]。

2.2 外源添加降解菌修復技術

外源添加降解菌對石油烴污染土壤的修復，主要是指通過菌株與污染土壤培養或者將菌株制成菌劑向污染土壤進行投加。相關研究已經開展，例如吳蔓莉[18]等通過向石油污染土壤中加入石油烴降解菌（菌種GQ-1 等）菌液開展培養實驗，研究了外源添加菌株對已經形成污染土壤的修復，研究結果表明經過13 周的修復后，污染土壤中的石油烴去除率可達42.3%，展現出良好的修復效果。袁婧[19]選用了12 株降解菌修復油井周圍污染土壤，培養實驗結果表明經過91 天修復，石油烴去除率達到了42.3%。田西昭[20]等通過復配降解菌群（包含萘降解菌和蒽降解菌等）結合振蕩培養實驗研究了沿海石油坑污染土壤的修復，實驗結果表明復配降解菌群對石油烴提取液的降解率能達到 82%。GARGOURI[21]等從煉油廠廢水的連續攪拌罐反應器中分離了微生物菌群，將其用于修復石油烴污染土壤，實驗結果表明上述微生物菌群能將土壤中石油烴質量分數從 63.4 mg·g-1降到 2.5 mg·g-1。MUKHERJEE[22]等研究了添加外源菌株枯草芽孢桿菌Bacillus subtilisDM-04 和銅綠假單胞菌Pseudomonas aeruginosaM 和Pseudomonas aeruginosaNM 修復石油烴污染土壤，研究結果表明接種180 天后，與對照土壤相比，添加外源菌土壤中石油烴降解達到了76%。外源添加降解菌修復技術的關鍵是需要篩選出高效的石油烴降解菌，通過使用單一菌株或者混合菌株開展修復工作[23]。

然而外源添加降解菌修復技術在實際土壤修復過程中，投加微生物可能與待修復土壤中土著微生物產生競爭關系，也可能出現無法適應土壤環境而失活等情況，從而影響修復效果[23]。

2.3 微生物固定化修復技術

微生物固定化修復技術主要是指利用載體固定微生物對污染土壤進行修復[13]。此技術可顯著提高污染物的去除效率，并且載體材料多樣化，可以循環使用。微生物固定修復土壤石油烴的載體材料包括無機材料、有機材料和復合材料等。載體搭載的微生物主要是已經篩選出的能降解石油烴的細菌、真菌和放線菌等[13]。

石麗芳[24]等使用了蘆葦生物炭固定石油烴降解混合菌劑修復土壤，實驗結果表明此種固定化微生物修復技術能在40天去除土壤中55.01%石油烴。白鷺[25]等研究表明微生物固定化修復技術對石油烴的降解能力普遍高于游離降解菌，其中秸稈固定化微生物比單獨降解菌降解效率高40%以上。ZHANG[26]等使用了蘑菇基質制備生物炭并搭載微桿菌屬MicrobacteriumH3 修復石油烴污染土壤，研究結果顯示此種固定技術能有效地降低土壤石油烴濃度。CUI[27]等研究了微桿菌、頭葡萄球菌、芽胞桿菌和藤黃微球菌等對人工老化石油烴污染土壤的修復，研究結果表明上述菌株的添加提升了35.59%石油烴去除率。微生物固定化修復技術通常固定化時間長，可能會影響微生物的活性。而固定化的添加劑也會對微生物產生不確定影響，從而影響固定化效果[13]。

2.4 微生物-植物聯合修復技術

微生物-植物聯合修復技術主要是基于微生物和植物復合體系，并利用二者間相互作用來修復石油烴污染土壤[28]。孔德康[29]等使用了小麥和紫花苜蓿各自結合高效降解菌DG17 修復天津大港油田石油烴污染土壤，研究結果表明經過70 天的修復，小麥結合菌株DG17 能使石油烴降解20.59%。張麗[30]等研究了含氮磷肥料、混合菌系PAH-M 結合堿蓬對天津油田區土壤的修復，研究結果表明上述組合對石油烴的降解率最高為47.3%。KIAMARSI[31]等研究了香根草（Vetiveria zizanioidesL.）結合混合石油烴降解菌（包含假單胞菌和芽孢桿菌等）修復人工老化的石油污染土壤，結果表明此種結合法能降解57.5%～84.6%的石油烴。此外，已有研究表明微生物-植物聯合修復技術中某些植物還可以與根際微生物產生協同作用來修復石油烴污染土壤[32-34]。然而，目前微生物-植物聯合修復技術大多停留在實驗室研究階段，后續開展實際場地修復，仍需進一步研究[35]。

3 結論與展望

本文綜合論述了石油烴污染土壤微生物修復技術的研究，包括生物刺激技術、外源添加降解菌修復技術、微生物固定化修復技術以及微生物-植物聯合修復技術。土壤微生物作為土壤生態系統關鍵的組成部分一直都是相關研究的熱點，隨著微生物研究方法和技術手段的不斷創新，針對石油烴污染的微生物修復技術也將進一步發展。未來可以結合基因工程等手段，培育更高效的石油烴降解微生物，提升對石油烴污染土壤的修復效果。