石油污染土壤的生物修復

李輩輩

（上海亞新建設工程有限公司，上海 200436）

目前，石油已經是人類最主要的能源之一，得到了大規模的開采。但是在石油開采、運輸和使用過程中，石油泄漏事故時有發生，給生態環境和人類健康造成了嚴重危害。特別是石油開采過程產生的落地原油，已成為土壤污染的主要來源。據統計，現在每年世界石油總產量約3×1010t，約有近800萬t的石油污染物進入環境，其中大部分進入到了土壤中[1-2]。石油烴進入土壤后的危害主要有三方面：一是產生大量的石油污泥，由于其特殊的物理化學性質及其難以去除且殘留時間長的特點，不但可以改變土壤的理化性質和有機質機構組成，破壞土壤結構及土壤微生物和植物的生存環境，還可能通過食物鏈傳遞到動物和人體內，影響其肝、腎等器官的正常功能，甚至引起癌變；二是部分遷移性強的石油烴（如苯、甲苯、二甲苯等）進入土壤后會隨土壤水分到達地下含水層，從而污染地下水；三是部分揮發性強的石油烴進入土壤后會向空氣揮發擴散，從而影響空氣質量，進而影響人體健康[3]。

當前處理石油污染土壤的方法主要有物理法、化學法、生物修復技術以及聯合修復技術。物理和化學方法雖然見效快，但從經濟和環境的角度來看成本較高，并且可能對土壤的物理、化學和生物學特征造成潛在的破壞[4]。而生物修復是一種經濟、環保、有效的方法，特別是在降低單一或混合的可生物降解物質的濃度方面，能取得理想的效果。污染土壤生物修復技術的主要特點為：成本低于物理及化學方法；不破壞土壤的原有理化性質；處理效果好，經過生化治理，污染物殘留量可以達到很低水平；對環境的影響小，無二次污染，生化治理最終產物為CO2、水和脂肪酸，對環境和人類無害；可以原位處理，避免了運輸過程中造成二次污染，同時也節約了處理費用[5]。可見生物修復技術是最符合綠色發展的要求，并且在近幾年得到了很好的運用。本文主要介紹土壤石油污染的生物修復技術，并對其以后的發展方向作一個展望。

1 石油污染土壤的修復技術

由于石油的流動性大、滲透性強、對土壤黏附作用顯著，石油污染土壤具有體系復雜、范圍廣、治理難、周期長、危害大等特點，所以對于石油污染土壤的治理迫在眉睫。目前石油污染土壤的修復技術主要包括物理修復方法、化學修復方法和生物修復方法。

1.1 物理修復技術

最先應用于石油污染土壤修復的是物理法和化學法。傳統物理法有焚燒法、熱修復法、換土法、隔離法、機械法等。這些方法對設備要求高，同時也需要人力，因此成本較高，而且沒有從根本上解決污染問題，主要是使污染物發生了轉移，還需要對污染物進一步處理。目前，一些新興的物理法成為研究熱點。主要有：

（1）電修復法。與傳統的土壤修復技術相比，電修復具有人工少、接觸毒害物質少、經濟效益高、不破壞現場的生態環境等優點，更適合于治理滲透系數低的密質土壤。且當前發現將電修復法與植物修復技術結合可以起到很好的修復作用，Putra等研究表明電修復和植物修復聯合可以提高植物體內重金屬的富集量[6]。電修復法主要缺點在于對于電荷缺乏的非極性有機污染物，利用電修復技術無法高效去除，且對于不溶性有機污染物需要化學增溶，易產生二次污染[7]。

（2）土壤氣相抽提法（SVE）。利用物理方法去除石油污染土壤中揮發性或半揮發性石油組分的一種原位修復技術，具有設備簡單、操作靈活、凈化效率較高、對周圍環境危害小、治理費用低等優點。劉沙沙等在廣東省某柴油污染場地開展土壤氣相抽提修復示范工程，3個多月后，土壤中TPH的最高去除率達64.88%[8]。

（3）CSP法。即凈化土壤工藝，該法用含碳的物料當作吸附物，在強烈攪拌下通過煤表面強力吸附烴基污染物，然后用重選或浮選法將干凈的土壤和吸附有烴基化合物的煤分開，達到凈化土壤的目的。

1.2 化學修復技術

化學修復技術一般來說對石油污染土壤的修復效果較好，但化學溶劑的二次污染、試劑成本高等問題，在一定程度上限制了化學方法規模化應用。其方法主要有：（1）萃取法，使用有機溶劑對石油污染土壤中的原油進行萃取，然后對有機相進行分離，該法處理工藝復雜，成本高，適合用于高濃度石油污染的土壤；（2）土壤淋洗，是指用不同類型的洗滌劑（如表面活性劑等）洗滌石油污染土壤的方法，其優點是能耗較低、處理周期短、操作簡單且可回收洗脫的原油，但其缺點是藥劑用量大、易造成二次污染。何澤能等采用曲拉通、平平加、壬基酚聚氧乙烯醚和石油烷基苯磺酸鈉等4種表面活性劑處理石油污染土壤，其脫油率最高可達98%以上[9]；（3）化學氧化法，直接向污染土中加入化學試劑，使其與污染物質發生化學反應來實現凈化的目的。可單獨使用，也可與其他修復技術聯合；（4）光催化法，在有O2和催化劑的條件下，利用太陽光能促使石油污染物發生氧化分解。

1.3 生物修復技術

20世紀80年代以后，生物修復技術因為能夠使很多污染物降解比較徹底、二次污染可能性小、操作簡便及經濟性良好、適用于原位和異位修復技術的處理方式等優點，而成為發展速度最為迅猛的治理技術。污染土壤的生物修復技術，是指利用特定的生物（植物、動物、微生物）吸收、轉化、降解或清除環境污染物，使污染的土壤恢復健康的生物措施。目前生物修復的類型主要有：植物修復、微生物修復、動物修復及它們之間的聯用。

2 石油污染土壤的生物修復技術

目前治理石油經類污染土壤的生物修復技術主要有三類：一是微生物修復技術、二是植物修復技術、三是微生物與植物聯合修復技術。

2.1 微生物修復技術

微生物修復技術是指利用土壤中的土著微生物或補充構建的特異降解功能菌分解污染物，修復被污染的土壤的方法。常見的微生物修復方法有：投菌法、土壤耕作法、預制床法、生物反應器法、生物堆法、生物通氣法、生物培養法等。

土壤中微生物數量眾多，某些微生物如細菌和真菌等對重金屬具有吸附、沉淀、氧化還原等作用，從而可降低污染土壤中重金屬的生物有效性，達到修復污染的目的。研究表明，目前在自然界中約有包含細菌霉菌放線菌和酵母菌以及藻類和藍細菌的100余屬200多種能降解石油中各種烴類的微生物[10]。姚德明等在厭氧和好氧條件下，從勝利油田含油污泥污染土壤中分離純化出石油烴降解微生物，通過14d的生物降解過程，石油烴降解率達到了80%以上。陳麗華等[12]研究發現混合菌劑可顯著提高石油降解率，當污染土壤中石油含量為50mg/g時，分別添加2%、4%和8%的混合菌劑，48d后的石油降解率分別為68.01%、80.42%和78.47%，而沒有添加混合菌劑的石油降解率僅為45.50%[11]。

2.2 植物修復技術

植物修復是利用植物體內對某些污染物的積累、植物代謝過程對某些污染物的轉化和礦化，及植物根 與根莖的共生關系增加微生物的活性的特點，以加速土壤污染物降解速度的過程。植物修復機理包括吸附、吸收、轉移、降解、揮發等，主要通過植物直接吸收有機污染物，植物釋放分泌物和酶、刺激根區微生物的活性和生物轉化作用，植物增強根區的礦化作用等3種方式去除環境中的有機污染物。

魯莽等研究表明，總石油烴在根際土壤體系比非根際土壤消失得更快，在試驗進行70d后，非根際與根際土壤總石油烴降解率分別為11.8%和27.4%[13]。董亞明等還研究了蘆葦、檉柳、沙棗對石油污染土壤的修復效果，結果表明經過80d的修復，污染土壤中石油烴的去除率可達到26.50%～31.27%，明顯高于空白的15.57%～20.34%[14]。另外發現植物之間的聯合修復效果較好，Xu等研究了玉米和黑麥草聯合種植修復的污染土壤中菲和芘，60d后其去除率分別高達98.22%和95.81%[15]。

在植物修復修復過程中，植物根系是修復的關鍵，因而使用環境適應性強生長性好并具有較深較發達根系的植物，能有效提高石油烴類有機污染物的修復效果[16]。

2.3 微生物與植物聯合修復技術

植物對污染物的去除往往具有選擇性，單一植物品種修復復雜混合物石油烴，或者是其他有機或無機復合污染土壤的效果并不顯著。所以為了提高降解率，我們在植物處理體系中投加具有特定功能的微生物來改善原有處理體系的處理效果，同時也可以充分發揮微生物的潛力。

Miya等研究表明，植物根系分泌物在根區刺激細菌形成了有機碳，同時根細胞的死亡也增加了土壤中的有機碳，有機碳的增加能有效阻止土壤中石油污染物向地下水轉移，還能增強微生物對石油污染物的礦化作用[17]。Zhang等通過種植鋪地黍、牛筋草、高羊茅等草本植物以促進土著菌對石油的降解，結果發現種植植物后石油降解速率提高了2.33～3.19 倍[18]。

可見微生物—植物聯合修復兼具了微生物修復和植物修復的優點，植物的存在，不僅可為微生物提供生存場所，還提供了氧氣；同時，植物根際釋放出碳水化合物氨基酸等有效刺激了根系微生物的生長，強化了微生物與植物的聯合修復作用，進而促進土壤中有機污染物的降解去除。

3 結論與展望

生物處理法具有費用低、操作簡單、修復效果還、對土壤破壞小、無二次污染等優點，被認為具有廣泛的應用前景。但生物修復技術也有一定的局限性，很多石油烴類污染物具有疏水性，可強烈得吸附于土壤上，這是生物進行代謝降解存在的主要問題；另外生物修復時其生物很容易受環境影響，從而影響修復效果；同時生物修復技術修復速度慢，周期長，且僅適用于中低濃度污染水平。

目前我們所面臨的土壤污染已經不單單僅限于一種污染物，所以對其治理更加困難。生物修復技術作為一種綠色的技術將會是以后發展的熱點，但為了克服生物修復的局限，一方面，開發更高效的微生物或植物；另一方面，以后生物修復將更多得和基因工程技術等其他技術聯合，以達到更好的修復效果。