1、孫東平等：微生物混合堆制法處理油污土壤的凈化效果 873微生物混合堆制法處理油污土壤的凈化效果孫東平，胡凌燕，周伶俐，李亞維，楊家志南京理工大學化工學院生物工程系，江蘇 南京 210094摘要：堆制處理工藝是處理油污土壤的一種強化的生物處理工藝。在兩種油污土樣的堆制中投加了四株高效石油降解菌，處理60 d后考察投加了混合菌的凈化效果，主要包括油污中飽和烴、芳香烴、膠質、瀝青質、總烴碳數組分相對含量的變化以及土壤中重金屬含量及其水溶性的變化。結果表明：飽和烴的絕對去除量以及去除率都要高于其它三者；土樣1和土樣2總烴碳數組分百分比的變化幅度差別較大，呈現低碳數下降、高碳數升高的趨勢，可見添加的高效

2、石油降解菌以利用中低碳數烴類為主；該復合微生物堆制處理法對土壤的重金屬污染基本無影響。關鍵詞：石油降解菌；堆制；烴；重金屬 中圖分類號：X53 文獻標識碼：A 文章編號：1672-2175（2007）03-0871-04在石油勘探、開采、運輸、加工、存儲及銷售過程中，不可避免地會使一些石油灑落地面，造成土壤污染，使生態系統的結構和功能遭受破壞，石油中的很多有機污染物都具有“三致”作用，所以解決土壤中的石油污染這種與人類生活密切相關的問題具有重要意義。表1 兩種土樣中所含原油的理化性質Table 1 Physicochemical properties of crude oil in two s

3、oil samples來源密度/(g·cm-3)凝固點/粘度/mPa·s含砂量/%土樣10.8630 (20 )0.8352 (60 )343815.6119.10土樣20.8988 (20 )0.8721 (60 )323523.4958.1820世紀80年代以前使用物理方法和化學方法，雖具有時間短、見效快的實效性，但存在治理不徹底、費用昂貴及二次污染嚴重等較明顯的缺陷，現今只將此作為生物治理方法的一些輔助手段。微生物降解石油類污染物出現于20世紀80年代后期，是最有效經濟、無二次污染的方法。不過目前國內外研究和運用較多的處理技術是微生物修復和堆制處理。在堆制處理過程中配

4、合投加高效原油降解菌和優良營養物，能促進原油的去除1-4。另外，據文獻報道，多數石油降解菌一般只能降解一種或幾種烴類。不同的微生物對不同的成分有不同的降解能力，或者在降解中起到不同的作用，因此接種混合的微生物菌株可能對石油污染控制有更好的效果，且多種微生物存在土壤中，可通過競爭、共生和互生等關系來維持生態系統的平衡5-8，可見在堆制過程中投加高效的復合微生物來處理油污土壤將是一種非常有效的途徑，主要是該方法不僅有著成本低廉、操作方便等優勢，而且還可以提高土壤中營養物質的含量、優化土壤質量、重金屬污染有一定的治理效果9,10。 先前工作已對堆制過程中的參數如溫度、pH以及總油含量進行了分析，已確

5、知該處理方法對土樣1和土樣2油污的去除效果較明顯，去除率分別達到42.1%和44.3%。本研究主要針對60 d復合微生物堆制處理后的土樣進行分析，包括石油的四種組分和碳數組分，來研究添加的高效石油降解菌的降解效果，其次考慮到試驗過程中大量材料的使用，有可能會對處理土壤引入新的污染重金屬污染。目前，土壤重金屬污染物中最常見及對人類和其他生物影響較大的有汞、鎘、鉛、砷、銅、鋅、鉻等。因此本試驗還考察了處理前后土壤中重金屬含量及其水溶性的變化，檢測了土樣中重金屬含量及其水溶性的變化，以了解這種處理方式對重金屬污染的影響。1 材料和方法1.1 菌種 從油污土壤中篩選得到4株高效降解石油菌（X5、X12

6、、X23和Z26），經初步鑒定：X5和X23屬于微球菌屬；X12屬于假單胞菌屬；Z26屬于酵母菌屬。其中X12的石油耐受性和競爭力較好，而其他三種菌株是一組具有良好生物協同作用的混合菌群。1.2 實驗土樣及油樣油樣和油污土樣均由某油田提供，兩者的理化性質見表1和表2。1.3 堆制試驗材料支撐材料：稻殼、麥麩、鋸末、草木灰、爐渣。表2 兩種油污土樣及對照點土壤的理化性質Table 2 Physicochemical properties of two oil-polluted soil samples and control soil sample土樣含水率/%總氮/(mg·kg-1)

7、總磷/(mg·kg-1)可溶性磷/(mg·kg-1)氨氮/(mg·kg-1)污染程度/(mg·kg-1)土樣1332.09.866.7127.84.62×104土樣2449.66.712.2222.33.74×104對照土壤230.200.670.200.110肥料：雞糞經高溫滅菌、干燥，定形制成復合肥料。1.4 培養基細菌種子培養液（g·L-1）：蛋白胨10.0，NaCl 5.0，牛肉膏3.0；水1 L，pH 7.2。真菌種子培養液（g·L-1）：葡萄糖10.0，蛋白胨5.0，MgSO4·7H2O 0.

8、5，KH2PO4 1.0；水1 L，pH自然。1.5 擴大培養采用瑞士比歐公司生產的L1523型發酵罐進行擴大培養，工作體積8 L，轉速200 r·min-1，通氣量3 L·min-1，罐壓0.030.05 MPa，接種量10%，培養溫度30 ，培養時間12 h。1.6 堆制方法取土樣100 kg，添加足量的堆制支撐材料后將兩者充分混勻，堆制成長1 m×寬0.8 m×高0.3 m的堆床，分別按10%的接種量添加四種菌液。處理過程中適時調節水分、溫度以及通過攪拌來提高供氧量，在試驗中期添加自制的肥料，堆制時間為60 d。最后取堆制處理后的土樣，對其中的石油

9、組分、石油烴各碳數含量以及重金屬含量和水溶性進行全面的分析。1.7 分析方法原油組分的測定：按SY/T5119-1995方法測定，該方法是用正己烷沉淀瀝青質，層析柱以硅膠和氧化鋁為吸附劑，用不同的溶劑進行淋洗使飽和烴、芳香烴和膠質分離，最后用重量法求得各組分的百分含量。 原油碳數組分相對含量的測定：采用GC-MS聯用技術。土壤中及水浸提液中重金屬含量的測定：采用GB/T 17138(40,41)1997方法，其中水浸提液是按12（固水）比例浸提土樣所得。2 結果和討論2.1 原油各組分含量的變化表3 土樣處理前后原油各組分的相對百分含量Table 3 Relative content of c

10、rude-oil components of the original and treated oil-polluted soil samples %土樣處理瀝青質飽和烴芳香烴膠質土樣1處理前10.2446.4214.334.44土樣1處理后28.1418.9814.2421.02土樣2處理前3.2552.9614.2010.65土樣2處理后15.8535.7317.8512.97本試驗所測的四個組分中（結果見表3），除飽和烴的相對含量減少外，其他成分的相對含量都有不同程度的上升，由此可見，不僅飽和烴的絕對減少量最高，而且其去除率在三者之中也最高。土樣1的膠質和土樣2的瀝青質含量較少，且兩者相

11、對難降解，因此，其去除量較少，在處理后其相對含量上升最明顯。2.2 原油各碳數組分相對含量的變化一般不同烴類的生物可降解性是不同的，Belhaj等11對篩選得到的20株假單胞菌的降解效果進行了研究，結果發現它們都能降解C12C22的飽和鏈烴，但只有三種能在以C6C10正構烷烴為唯一碳源的培養基上生長。一般而言，短鏈烷烴的降解優先于長鏈烷烴。齊永強等12的研究表明，碳數的多少是影響石油烴組分降解速度的最大因素。表4 處理前后各碳數組分相對百分比Table 4 Hydrocarbon content of different carbons in the original and treated

12、oil-polluted soil samples %碳數土樣1處理前土樣1處理后土樣2處理前土樣2處理后C120.01800.0940.019C130.3160.2180.9900.450C141.6870.4682.6761.971C154.0450.8054.3503.829C165.5571.0795.0604.803C176.5081.1955.6115.451C186.5281.3505.6555.489C196.7451.6485.9095.688C207.3272.1156.2376.154C217.1462.2376.4786.152C227.7402.9976.9596.6

13、34C237.1273.4246.8876.531C246.2603.7116.2276.018C256.0854.8726.2736.215C265.2774.9655.6015.654C274.6975.8625.1925.369C284.5037.2554.9745.401C293.5399.5864.0554.627C302.5757.9593.1223.562C311.8847.3882.2562.673C321.3648.2351.5932.263C330.8543.5321.1181.299C340.8216.9871.0271.457C350.5663.9500.7450.99

14、6C360.3663.2490.5210.747C370.2412.7290.3890.547C380.2242.18400本試驗針對原油總烴中的中、高碳數烷烴C12C38的相對含量進行了分析（見表4），土樣1中各碳數組分相對含量的變化較大，C12C26相對含量呈下降趨勢，而C27C38的含量在上升，特別是C29C34，說明土樣1中能降解中碳數的微生物代謝較活躍，而高碳數的烴類在處理過程中降解速率較慢。土樣2的各碳數組分含量變化不大，可見高碳數烴類在處理過程中也有明顯降解，但變化趨勢與土樣1基本相同。由此可見，實驗中添加的高效石油降解菌以利用中碳數的石油烴類為主，同時由于土壤和原油理化特性的不

15、同，其明顯程度差別較大。2.3 土樣中各重金屬含量及其水溶性的變化表5 處理前后土壤中重金屬含量的變化Table 5 Content of heavy metals in the farm soil and in the original and treated oil-polluted soil samples mg·kg-1土參數鎘鉛銅鋅鉻砷汞農田土19.240.376.03552.39127.20.00土樣1處理前20.523.623.033221.9133.80.180土樣1處理后25.944.04539445.0771.760.117土樣2處理前18.30.33173793

16、36.8137.90.218土樣2處理后21.643.01125794.3588.930.202農用污泥控制標準（）201000500100010007515考察了處理前后土壤中重金屬含量及其水溶性的變化，其處理前后的含量變化見表5。結果是：土樣1，鎘和汞的含量變化不大；鉛、銅和鋅的含量有明顯升高；鉻和砷的含量則降低很多；土樣2，除銅和鋅外，其它變化與土樣1相同。可見，不同種類的重金屬其含量變化不同。引起一些重金屬含量上升的原因可能是堆制過程中添加了大量的支撐材料；而鉻和砷含量的降低，則說明這種堆制法能去除一部分重金屬，但總體而言，各重金屬的含量變化不大。另外從表6可知：各重金屬水浸提液中含量

17、在處理前后變化也不大，除鉛外其他重金屬的含量基本維持在同一數量級。結合土壤中和水浸提液中各重金屬含量的變化來看，本實驗所采取的堆制處理方式對土壤中的重金屬污染基本無影響。3 結論（1）通過在堆制過程中投加復合高效石油降解菌來處理油污土樣1和2，分析原油中瀝青、飽和烴、芳香烴以及非烴四種組分的相對含量變化，結果表明，飽和烴的絕對去除量以及去除率都要高于其它三者。（2）雖然土樣1和土樣2總烴碳數組分百分比的變化幅度差別很大，但都呈現低碳數下降、高碳數升高的趨勢。因此，本試驗所添加的高效石油降解菌以利用低碳數烴類為主。正構烷烴中以C20為主要成分，它在處理前后呈上升趨勢，其它碳數的變化與總烴相一致。

18、（3）綜合分析重金屬含量和水溶性的變化，結果發現該復合微生物堆制處理法對土壤的重金屬污染基本無影響。因此該處理方法有望在油污土壤處理中推廣運用。參考文獻：1 曹剛, 王華. 石油污染及治理 J. 沿海企業與科技, 2005(3): 92-94.CAO Gang, Wang Hua. Pollution and treatment of crude oil J. Coast enterprises and science & technology, 2005(3): 92-94.2 曾玲玲, 劉德福, 張興梅. 石油污染土壤的微生物治理研究進展 J. 生物技術通報, 2006 (6):

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21、6 堆制前后水浸提液中重金屬含量變化Table 6 Content of heavy metals in water extract of farm soil and the original and treated oil-polluted soil samples mg·L-1土樣鎘鉛銅鋅鉻砷汞農田土0.0170.00050.050.080.0020.4490.0000土樣1處理前0.0700.00050.050.050.0020.0090.0019土樣1處理后0.0430.00050.050.170.0020.0120.0007土樣2處理前0.0550.01000.050.26

22、0.0020.0040.0032土樣2處理后0.0440.00050.050.190.0020.0040.00115 謝單平, 尹華, 彭輝, 等. 混合菌對石油的降解 J. 應用與環境生物學報, 2004, 10 (2): 210-214.XIE Dangping, YIN Hua, PENG Hui, et al. Degradation of crude oil by mixed culture J. Chin J Appl Environ Biol, 2004, 10 (2): 210-214.6 李秀艷, 魏德州, 何良菊, 等. 除油細菌對石油污染土壤中石油烴降解能力的比較J. 有

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