石油污染的生物修复技术
时间：2009-07-12 阅读： 我要评论:
石油污染的生物修复技术
1、目前现有的生物处理技术
目前处理石油污染废水的生物技术主要包括活性污泥法、氧化沟和生物膜法等。活性污泥法是借助曝气或者机械搅拌，使活性污泥均匀分布于曝气池内，微生物壁外的粘液将污水中的污染物吸附，并在酶的作用下对有机物进行新陈代谢转化。自上世纪8O年代，石油废水普遍采用的二级生物治理方法是传统活性污泥法l3。李哲采用SBR法处理油田采出水，结果表明，COD去除率为80％一90％；出水满足行业的排放标准。王赞春等研究了SBR以及投菌SBR法处理炼油废水中污染物的效果，实验结果表明，废水中各种污染物的去除率分别为：COD 93．5％、石油类98．6％、总氮89.8%。SBR工艺是一种新型的高效废水处理技术，是对传统活性污泥法的改进。该方法具有固液分离效果好、工艺简单、占地少、建设费用低、耐冲击负荷强，温度影响小，活性污泥状态良好和处理能力强等优点，是处理石油废水的一种具有前景的处理方法。
氧化沟对各种含高COD、BOD、油类等有机废水的深度处理十分有效。它的曝气池呈封闭、环状跑道式，污水和活性污泥以及各种微生物混合在沟渠中作循环流动。氧化沟在处理含油废水方面应用实例比较多，但是其处理效果没有达到处理要求。有很多企业都采用了氧化沟工艺，其处理出水水质与进水水质有关，只有确保一定的进水水质时，出水才会达到理想的处理效果。专家们根据工艺原理分析了氧化沟不能取得理想处理效果的原因，提出了很多的改善对策。在氧化沟现有处理能力和工艺特色的基础上，有人探索出了一套投菌氧化沟曝气的处理方案，实验结果表明，在相同的水力停留时间等条件下，可以将去除率提高10％左右，如果要得到相同的去除率可以大大缩短水力停留时间，且出水COD值可以更低。与活性污泥法相比，氧化沟具有很多优点：工艺简单；不仅可以去除BOD和SS，还可以达到脱氮除磷的效果；设备少，操作管理简便；低温有更大适应性等。氧化沟是活性污泥法的发展，但是只有满足工艺要求时，才能发挥去污效果。
目前应用较广泛的生物膜法主要包括生物转盘、生物流化床、接触氧化法和膜生物反应器等。生物转盘是利用较大的比表面积，在低能耗的条件下转动产生高效曝气，使得氧气、水和膜之间有较好的接触。盘片表面附着的膜状微生物在其新陈代谢的过程中对有机污染物进行无害化降解。曹明伟利用环境微生物技术，开发出高温优势菌生物膜法处理采油废水，实验结果表明：硫化物的平均去除率98％；挥发酚的平均去除率为91％ ；COD平均去除率为68％ ；氨氮平均去除率为82％。
生物流化床处理技术是借助流体使表面生长着微生物的固体颗粒呈流态化，同时进行去除和降解有机物的生物膜法处理技术。影响其处理效果的因素有载体的选择、菌种的筛选等。崔俊华等在“三套” 工艺的基础上添加了三相生物流化床部分，且采取了高效油降解菌以及漂浮和悬浮填料并用的措施，使出水油浓度降为3.5—4.9mg／L，达一种被广泛采用并逐渐成熟的生物深化处理技术。龚争辉应用接触氧化工艺对采油废水进行了现场的实验研究，废水中的COD和油的去除率分别为42．2％ 和89．3％ ，最后出水能达到排放标准。
接触氧化法除了可以降低COD，还可以用于去除氨氮，尤其适合应用于炼油废水的净化。庞金钊的实验结果表明，用接触氧化法工艺处理COD≤500mg／L的石油废水时，硝化细菌是优势菌，能同时有效去除氨氮和COD引。接触氧化法可以克服活性污泥法容易污泥膨胀和超标排放的缺点，具有有机负荷高、抗冲击能力强、对废水中的毒物忍耐力较大等优点，而且对氨氮也有较好的去除效果。接触氧化法多用于深度处理含油废水，其技术关键在于对进水可生化性的控制。
目前处理石油污染废水的生物技术主要包括活性污泥法、氧化沟和生物膜法等。活性污泥法是借助曝气或者机械搅拌，使活性污泥均匀分布于曝气池内，微生物壁外的粘液将污水中的污染物吸附，并在酶的作用下对有机物进行新陈代谢转化。自上世纪8O年代，石油废水普遍采用的二级生物治理方法是传统活性污泥法l3。李哲采用SBR法处理油田采出水，结果表明，COD去除率为80％一90％；出水满足行业的排放标准。王赞春等研究了SBR以及投菌SBR法处理炼油废水中污染物的效果，实验结果表明，废水中各种污染物的去除率分别为：COD 93．5％、石油类98．6％、总氮89.8%。SBR工艺是一种新型的高效废水处理技术，是对传统活性污泥法的改进。该方法具有固液分离效果好、工艺简单、占地少、建设费用低、耐冲击负荷强，温度影响小，活性污泥状态良好和处理能力强等优点，是处理石油废水的一种具有前景的处理方法。
氧化沟对各种含高COD、BOD、油类等有机废水的深度处理十分有效。它的曝气池呈封闭、环状跑道式，污水和活性污泥以及各种微生物混合在沟渠中作循环流动。氧化沟在处理含油废水方面应用实例比较多，但是其处理效果没有达到处理要求。有很多企业都采用了氧化沟工艺，其处理出水水质与进水水质有关，只有确保一定的进水水质时，出水才会达到理想的处理效果。专家们根据工艺原理分析了氧化沟不能取得理想处理效果的原因，提出了很多的改善对策。在氧化沟现有处理能力和工艺特色的基础上，有人探索出了一套投菌氧化沟曝气的处理方案，实验结果表明，在相同的水力停留时间等条件下，可以将去除率提高10％左右，如果要得到相同的去除率可以大大缩短水力停留时间，且出水COD值可以更低。与活性污泥法相比，氧化沟具有很多优点：工艺简单；不仅可以去除BOD和SS，还可以达到脱氮除磷的效果；设备少，操作管理简便；低温有更大适应性等。氧化沟是活性污泥法的发展，但是只有满足工艺要求时，才能发挥去污效果。
目前应用较广泛的生物膜法主要包括生物转盘、生物流化床、接触氧化法和膜生物反应器等。生物转盘是利用较大的比表面积，在低能耗的条件下转动产生高效曝气，使得氧气、水和膜之间有较好的接触。盘片表面附着的膜状微生物在其新陈代谢的过程中对有机污染物进行无害化降解。曹明伟利用环境微生物技术，开发出高温优势菌生物膜法处理采油废水，实验结果表明：硫化物的平均去除率98％；挥发酚的平均去除率为91％ ；COD平均去除率为68％ ；氨氮平均去除率为82％。
生物流化床处理技术是借助流体使表面生长着微生物的固体颗粒呈流态化，同时进行去除和降解有机物的生物膜法处理技术。影响其处理效果的因素有载体的选择、菌种的筛选等。崔俊华等在“三套” 工艺的基础上添加了三相生物流化床部分，且采取了高效油降解菌以及漂浮和悬浮填料并用的措施，使出水油浓度降为3.5—4.9mg／L，达一种被广泛采用并逐渐成熟的生物深化处理技术。龚争辉应用接触氧化工艺对采油废水进行了现场的实验研究，废水中的COD和油的去除率分别为42．2％ 和89．3％ ，最后出水能达到排放标准。
接触氧化法除了可以降低COD，还可以用于去除氨氮，尤其适合应用于炼油废水的净化。庞金钊的实验结果表明，用接触氧化法工艺处理COD≤500mg／L的石油废水时，硝化细菌是优势菌，能同时有效去除氨氮和COD引。接触氧化法可以克服活性污泥法容易污泥膨胀和超标排放的缺点，具有有机负荷高、抗冲击能力强、对废水中的毒物忍耐力较大等优点，而且对氨氮也有较好的去除效果。接触氧化法多用于深度处理含油废水，其技术关键在于对进水可生化性的控制。
2、生物修复技术
生物修复(bioremediation)技术是利用微生物、植物及其他生物，将环境中的危险性污染物降解为二氧化碳和水或转化为其他无害物质的工程技术系。生物修复的概念最初来源于微生物对环境污染的治理，至今许多文献仍沿用bioremediation一词，专指微生物修复，通常将其分为广义的生物修复和狭义的生物修复。
2.1微生物修复
石油污染土壤的微生物修复是指利用微生物酶如脱氢酶对大多数石油污染物的攻击，将石油污染物降解成无害物质的生物工程技术。可以降解石油的微生物主要包括细菌、真菌、酵母菌，这些微生物广泛分布于海洋、淡水和土壤环境中。细菌和酵母菌是水生生态系统中占据主导地位的微生物降解执行者，在土壤环境中则变成真菌和细菌。
姚德明研究表明，石油污染土壤中以利用石油烃为碳源的真菌数量较少，细菌数量较多但是类群没有真菌丰富；细菌以革氏染色阴性杆菌为优势，其中以动胶菌属为主，其次黄杆菌属。革氏染色阳性杆菌以芽孢杆菌为主。真菌以毛霉菌属、小克银汉菌属占优势。其次是镰刀菌属、青霉菌属、曲霉菌属，酵母最弱。放线菌以链霉菌属为优势。潘峰利用筛选得到的10株酵母菌组成复合酵母菌系统，并将该复合菌系统接种到泥浆反应器中对模拟油泥样品进行了处理，发现复合酵母菌在反应速度和油去除率上都优于活性污泥。罗一菁经初筛菌株制备成混合菌剂，对炼厂“三泥”中的残油平均去除率为84％以上。许增德从油污土壤中分离出降解石油的微生物菌株，鉴定为假单胞菌属，石油烃类的降解率达到85％。Sanjeet Mishra使用不动杆菌属接种和其他营养物质对炼厂石油污染的土壤进行修复，结果表明一年内总石油烃中烷烃的降解率94．2％，芳香组分降解91．9％，含氮、硫、氧化合物和沥青质降解85．2％。DING KEQIANG研究真菌对石油烃类的降解，结果表明黄孢原毛平革菌液体培养接种条件下烃类降解率远高于镰刀菌石油降解率。
2.2生物修复被石油污染的地下水
生物修复(bioremediation)技术是利用微生物、植物及其他生物，将环境中的危险性污染物降解为二氧化碳和水或转化为其他无害物质的工程技术系。生物修复的概念最初来源于微生物对环境污染的治理，至今许多文献仍沿用bioremediation一词，专指微生物修复，通常将其分为广义的生物修复和狭义的生物修复。
2.1微生物修复
石油污染土壤的微生物修复是指利用微生物酶如脱氢酶对大多数石油污染物的攻击，将石油污染物降解成无害物质的生物工程技术。可以降解石油的微生物主要包括细菌、真菌、酵母菌，这些微生物广泛分布于海洋、淡水和土壤环境中。细菌和酵母菌是水生生态系统中占据主导地位的微生物降解执行者，在土壤环境中则变成真菌和细菌。
姚德明研究表明，石油污染土壤中以利用石油烃为碳源的真菌数量较少，细菌数量较多但是类群没有真菌丰富；细菌以革氏染色阴性杆菌为优势，其中以动胶菌属为主，其次黄杆菌属。革氏染色阳性杆菌以芽孢杆菌为主。真菌以毛霉菌属、小克银汉菌属占优势。其次是镰刀菌属、青霉菌属、曲霉菌属，酵母最弱。放线菌以链霉菌属为优势。潘峰利用筛选得到的10株酵母菌组成复合酵母菌系统，并将该复合菌系统接种到泥浆反应器中对模拟油泥样品进行了处理，发现复合酵母菌在反应速度和油去除率上都优于活性污泥。罗一菁经初筛菌株制备成混合菌剂，对炼厂“三泥”中的残油平均去除率为84％以上。许增德从油污土壤中分离出降解石油的微生物菌株，鉴定为假单胞菌属，石油烃类的降解率达到85％。Sanjeet Mishra使用不动杆菌属接种和其他营养物质对炼厂石油污染的土壤进行修复，结果表明一年内总石油烃中烷烃的降解率94．2％，芳香组分降解91．9％，含氮、硫、氧化合物和沥青质降解85．2％。DING KEQIANG研究真菌对石油烃类的降解，结果表明黄孢原毛平革菌液体培养接种条件下烃类降解率远高于镰刀菌石油降解率。
2.2生物修复被石油污染的地下水
石油在开采、炼制、储存过程中会对地下水造成污染，给环境尤其是人类自身带来严重的危害，目前许多国家已颁布相关法规，采取相应的防护措施，同时也在积极开展有关地下水污染的治理研究，常见的方法有隔离法、泵提法、吸水法、生物修复法等。其中生物修复被石油污染的地下水是近年来兴起的，它包括：生物注射法、有机粘土法、抽提地下水系统和回注系统相结合法、生物反应器法等。
2.3生物注射法
该方法是在传统气提技术的基础上加以改进形成的新技术，主要是将加压后的空气注射到污染的地下水下部，气流加速地下水和土壤中有机物的挥发和降解。这种方法主要是抽提、通气并用，并通过增加停留时间促进生物降解，提高修复效率。
2.4有机粘土法
该方法是利用人工合成的有机粘土有效去除有毒化合物，带正电荷的有机修饰物、阳离子表面活性剂通过化学键键合到带负电荷的粘土表面合成有机粘土，表面活性剂可以将有毒化合物吸附到粘土上，从而去除或进行生物降解。
2.5抽提地下水系统和回注系统相结合法
该方法是将抽提地下水系统和回注系统(注入空气或H2O2、营养物和己驯化的微生物)结合起来，促进有机污染物的生物降解ma11lbeck．DonaldR．等人在加利福尼亚的研究表明，采用此方法修复的环境，可明显促进生物降解。
2.6生物反应器法
该方法就是将地下水抽提到地上部分用生物反应器加以处理的过程，它包括4个步骤，自然形成闭路循环。即：①将污染的地下水抽提到地面；②在地面生物反应器内对其进行好氧降解，生物反应器在运转过程中要补充营养物和氧气；③处理后的地下水通过渗灌系统回灌到土壤内；④在回灌过程中加入营养物和已驯化的微生物，并注入氧气，使生物降解过程在有氧状态下，在土壤及地下水层内加速进行。
2.4有机粘土法
该方法是利用人工合成的有机粘土有效去除有毒化合物，带正电荷的有机修饰物、阳离子表面活性剂通过化学键键合到带负电荷的粘土表面合成有机粘土，表面活性剂可以将有毒化合物吸附到粘土上，从而去除或进行生物降解。
2.5抽提地下水系统和回注系统相结合法
该方法是将抽提地下水系统和回注系统(注入空气或H2O2、营养物和己驯化的微生物)结合起来，促进有机污染物的生物降解ma11lbeck．DonaldR．等人在加利福尼亚的研究表明，采用此方法修复的环境，可明显促进生物降解。
2.6生物反应器法
该方法就是将地下水抽提到地上部分用生物反应器加以处理的过程，它包括4个步骤，自然形成闭路循环。即：①将污染的地下水抽提到地面；②在地面生物反应器内对其进行好氧降解，生物反应器在运转过程中要补充营养物和氧气；③处理后的地下水通过渗灌系统回灌到土壤内；④在回灌过程中加入营养物和已驯化的微生物，并注入氧气，使生物降解过程在有氧状态下，在土壤及地下水层内加速进行。
3、发展趋势
随着石油工业的不断发展，石油运输更加频繁，输油管线和储油罐的石油泄漏事故、油槽车和油轮的泄漏事故不断增加，受石油污染的土壤和水体将显著增加。因此石油污染土壤与水体的修复迫在眉睫。
在现有的修复技术中，物理化学修复存在着一定的局限性，很难达完全达到修复要求，主要表现在修复效果不彻底且容易造成二次污染。尽管石油污染土壤与水体的生物修复技术也还不太成熟，但是目前已有的研究结果和应用实践表明，生物修复技术是可行的，且具有费用低、环境影响小、应用范围广的优点，适合我国的基本国情。环境科学界普遍认为，生物修复技术比物理和化学处理技术更具有发展前途，它在土壤与水体修复中的应用价值是不可估量的。生物修复技术应用于受污染土壤与水体虽然已经取得了较好的效果，但仍存在一些缺点，如微生物生长受污染物浓度、营养物和氧气等影响；目前通过培养、驯化、筛选出来的降解微生物大多数是暗箱操作得到的，降解效率较低，而且带有较大的随机性；目前针对受污染土壤与水体的生物修复技术主要是以供氧和施加营养物质为主，缺乏与其他几种技术的交叉和融合；生物修复技术对某些污染物质的降解特性、在环境中的适应性以及成本效益等因素尚没有研究清楚，这些都导致生物修复技术效率较低、所需时间较长。为克服这些缺点，应该强化生物修复技术与其他修复技术的联合使用，以扩大该技术的应用范围并不断降低其处理成本。同时通过现代生物技术，阐明石油降解微生物的降解机理和关键降解酶，并借助遗传工程技术，通过降解质粒或基因螯合来获得降解能力与抵抗恶劣环境能力更强的基因工程菌，从而大大提高石油污染土壤与水体的修复效率，缩短修复时间。
环境科学之家（http://www.eschina.org.cn/）
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来源： 作者： （环境人 Environmentor.Cn）
