CN101172286A - 一种生物质强化石油-盐混合污染土壤的原位生物修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物质强化石油－盐混合污染土壤的原位生物修复方法，就是将生物质降解菌剂添加进生物质中，然后翻耕填埋在土壤耕作层下，利用水浸洗盐降低土壤盐含量，再添加石油烃降解菌剂来降解石油烃。本发明利用生物质阻断了可能产生的毛细返盐现象；生物质降解所产生的糖类物质可作为石油烃降解菌的优质碳源，促进石油烃降解菌的生长；生物质降解所产生的木质素可以吸附石油烃污染物，防止其在水浸洗盐中扩散，石油烃降解菌剂中能够产生生物表面活性剂的微生物产生的生物表面活性剂可促进污染土壤中石油烃污染物的溶出并进而被石油烃降解菌剂生物转化为二氧化碳和水。本发明方法降解石油烃污染物的效率高、速度快。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物质强化石油-盐混合污染土壤的原位生物修复方法，属于污染土壤的修复技术。
背景技术
油田生产造成的土壤污染往往伴随着比较严重的盐污染。利用微生物降解来实现石油污染土壤的生物修复是目前国内外研究的热点。但大多数石油烃降解菌不能耐受较高的盐浓度，盐污染的存在使得石油烃降解效率大大下降。因此石油污染土壤的生物修复往往需要先治理盐污染。而要恢复被污染土壤的种植能力，则必须达到石油-盐混合污染的共治。
水浸洗盐是治理盐碱地常用的方法，但随着地表水分的蒸发，土壤浅层土容易形成倒虹吸的毛细现象，使深层土壤中的盐离子上返到地表。因此在盐治理过程中容易发生反覆，降低了盐治理的效率。1988年日本公布了[JP024959]利用添加了真菌的麦秸等植物纤维与土壤混合来改善盐碱地。2000年Liu X等人[CN10012424]公布了一种“两相”方法来实现盐碱地的治理，夏季把麦秸埋入盐碱土中，冬季在上层土壤中进行小麦种植。
通过向污染体系种投加高效外源菌种或菌群，从而实现高效去除目标污染物的技术被称为生物强化技术，通过生物强化的方法是现在实现石油污染物去除的主要方法(刑新会等，化工进展，2004，23(6)：579-584)。在石油烃的生物修复过程中，所用的石油烃降解菌的主要类型有：假单胞菌属(Newcombe D A等，AppliedMicrobiology and Biotechnology，1999，51：877-82)、红球菌属(Yu B等，Applied and Environmental Microbiology 72(3)：2235-2238，MAR 2006)、微球菌属(Torres LG等，Process Biochemistry 40(10)：3296-3302 OCT 2005)、肠杆菌属(Katsivela E等，Biodegradation16(2)：169-180 MAR 2005)、棒状杆菌属(Rahman KSM等，Bioresource Technology 85(3)：257-261 DEC 2002)、黄质菌属(Rahman KSM等，Bioresource Technology 85(3)：257-261 DEC2002)和芽孢杆菌属(Das K等，Bioresource Technology 98(7)：1339-1345 MAY 2007)。
石油烃降解菌对污染土壤的恶劣环境也有一定的耐受程度。石油污染物组成复杂，毒性大，施加的微生物菌剂不易在环境中积累丰富的生物量(沈德中，污染环境的生物修复，化学工业出版社，2002)。因此石油烃降解菌的施加一般需要多次，通过多次施加实现修复场地较高的石油烃降解活性。同时，由于石油烃污染物溶解度低，其在土壤中随着污染年限的增加，污染物被土壤颗粒吸附，使得外加高效降解菌(群)不易与污染物接触，摄取污染物(F.Volkering等，Biodegradation，8：401-417，1998)。1998年，Khlestkin R.N.等人[RU119353]公布了一种利用棉花以及植物纤维构成的“三层”石油烃吸附剂去除环境中石油烃污染物的方法。2007年Rojas-AvelizapaNG等人(Rojas-A velizapa NG等，Chemosphere，66(9)：1595-1600，Jan.2007)发现秸秆、营养物质及含水量对于诱导好氧微生物的活性以及石油烃的去除有重要影响。
发明内容
针对石油-盐混合污染土壤治理中的存在的问题，本发明提供一种生物质强化石油-盐混合污染土壤的原位生物修复方法。该方法可以对石油-盐混合污染土壤进行原位生物修复，对污染土壤的石油烃污染物和盐碱进行综合治理，并具有降解速度快、降解效率高等优点。
本发明可以通过以下技术方案实现：
一种生物质强化石油-盐混合污染土壤的原位生物修复方法，包括如下步骤：
(1)将生物质降解菌剂添加到生物质中；
(2)按照3～20％生物质/土壤的体积百分比(土壤按照耕作层30cm计算体积，下同)将步骤(1)中得到的生物质均匀施加到污染土壤表面上；
(3)将施加了生物质的污染地块进行机械翻耕，翻耕深度为25～50cm，在污染土壤中构建位于浅层土和深层土之间的疏松生物质层，疏松生物质层厚3～15cm；
(4)在污染场地周围构建高30cm的围堰，以防止洗盐水外排对其他地块造成污染；
(5)对步骤(4)的污染场地进行人工灌溉或利用自然降水，对污染地块进行水浸洗盐；
(6)检测土壤电导率，待土壤电导率下降到10ms/cm以下时，机械翻耕土壤，将疏松生物质层与污染土壤充分混匀；
(7)将含有细菌和真菌的石油烃降解菌剂施洒到污染土壤上，每月翻耕1～2次；以使石油烃降解菌剂与污染土壤充分混匀，且增加土壤的氧含量；可使石油-盐混合污染土壤得到修复。
上述步骤(1)中所述的生物质降解菌剂是指具有降解木质素能力的真菌和降解纤维素能力的细菌组成的菌剂。
上述步骤(1)中所述的菌剂含有真菌和细菌，其中真菌添加量为5～150mg/kg生物质，细菌添加量为108～1010个/kg生物质。
上述真菌可以为白腐真菌、木霉属、曲霉属等，如来自白腐真菌的黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)，来自木霉属的绿色木霉(Trichoderma viride)、里氏木霉(Trichoderma reeaei)、康氏木霉(Trichoderma koningli)等，来自曲霉属的灰绿曲霉(Aspergillusglaucus)、黑曲霉(Aspergillus niger)、米曲霉(Aspergillus terreus)等(上述菌种均购自中国普通微生物菌种保藏中心)。
上述细菌为具有纤维素降解能力的细菌，如热厌氧杆菌属(Thermoanaerobacter)(胡国全等，应用与环境生物学报，10(2)：197-201，2004)；生孢噬纤维菌(Sporocytophaga)(于珊珊等，应用与环境生物学报，12(6)：854-856，2006)；假单胞菌属(Jo C等，FOOD SCIENCE AND BIOTECHNOLOGY 13(6)：712-718 DEC2004)等(上述菌种均可在中国普通微生物菌种保藏中心购买)。
上述真菌和细菌可按照通常的方法分别生产，然后按照施加要求分别施加到生物质上即可。
上述步骤(1)中所述的生物质是指含有木质素、纤维素和木质纤维素等生物高分子材料。如农作物秸秆、废纸、木屑等。
上述步骤(7)中所述的石油烃降解菌剂主要包括具有石油烃降解能力的细菌和真菌。其中所述具有石油烃降解能力细菌选自下列菌属：假单胞菌属、红球菌属、微球菌属、肠杆菌属、棒状杆菌属、黄质菌属和芽孢杆菌属；其中所述具有石油烃降解能力的真菌可以为白腐真菌的黄孢原毛平革菌以及刺孢小克银汉霉菌。
上述具有石油烃降解能力的细菌添加量为1010-1012个/m2耕地；具有石油烃降解能力的真菌添加量为20～150mg/m2耕地。
上述具有石油烃降解能力的白腐真菌黄孢原毛平革菌的添加量优选为20～100mg/m2耕地，刺孢小克银汉霉菌添加量优选为50～150mg/m2。
所述石油烃降解复合菌剂至少含有一种可以高效产生生物表面活性剂的微生物，该微生物来源于：假单胞菌属(Raza ZA等，PROCESS BIOCHEMISTRY 42(4)：686-692 APR 2007；Das K等，BIORESOURCE TECHNOLOGY 98(7)：1339-1345 MAY 2007)、红球菌属(Pizzul L等，WORLD JOURNAL OF MICROBIOLOGY &BIOTECHNOLOGY 22(7)：745-752 JUL 2006)、微球菌属(Das M等，BIORESOURCE TECHNOLOGY 63(3)：231-235 MAR 1998)、黄质菌属(Bodour AA等，APPLIED AND ENVIRONMENTALMICROBIOLOGY 70(1)：114-120 JAN 2004)、肠杆菌属(Haba E等，BIOTECHNOLOGY AND BIOENGINEERING 81(3)：316-322 FEB2003)、棒状杆菌属(Crosman JT等，JOURNAL OF THE AMERICANOIL CHEMISTS SOCIETY 79(5)：467-472 MAY 2002)和芽孢杆菌(Das K等，BIORESOURCE TECHNOLOGY 98(7)：1339-1345MAY 2007)。
上述具有石油烃降解能力的真菌和细菌均可从中国普通微生物菌种保藏中心购买。
上述石油烃降解菌剂可按照专利申请“一种用于石油污染物降解的液体微生物制剂”(申请号：200510130676.3)所述方法生产。
生物质在施加之前按照一定的比例施加生物质降解菌剂。通过翻耕，在距地表25～50cm的区域形成厚度约为3～15cm的疏松生物质层。生物质层可以提高洗盐效率。水浸洗盐过程中，生物质通过微生物进行发酵实现其在土壤中的转化，为石油烃降解菌提供有限的优先碳源，保证石油烃降解菌在恶劣环境中的生物积累，同时产生生物表面活性剂活化土壤颗粒表面的污染物，保证了后续石油烃降解效率。
本发明所述原位生物修复方法，在水浸洗盐结束之后，需要进行机械翻耕，以保证腐熟发酵的生物质与浅层土的充分混合，以便为后续加入的石油烃降解菌提供必要的优先碳源，达到后续石油烃生物降解的高效率。
本发明所具有的优点和有益效果：(1)、本发明通过生物质类物质的添加实现石油-盐混合污染土壤的共治，提高了污染土壤的修复效率。(2)、本发明疏松生物质层的存在阻断了易于返盐的毛细现象的发生，提高了水浸洗盐的效率，降低了洗盐所需的水量；(3)、本发明通过生物质在土壤中的腐熟以及发酵，可为后续的石油烃降解菌剂提供优先碳源，保证石油烃降解菌的生物积累，提高了土壤中石油烃的生物修复效率；(4)、本发明方法中所形成的有机质类物质，可以富集土壤中的石油烃污染物；(5)本发明方法中形成的有机质类物质，对于改善污染区域土壤的生理生化特征，提高土壤的肥力也具有重要的作用。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明做进一步说明，但不限制本发明。
实施例1
本试验于2006年在河南濮阳中原油田油盐伴生污染土壤11亩实施。濮阳位于河南省北部，年平均降水量在500mm～600mm，属于河南比较干旱的地区；试验所用的污染土壤中盐含量为正常耕地的4～10倍，石油烃含量局部区域超过1％，试验场地土壤盐碱化严重，pH局部区域达到9.5。
以收割后的小麦麦秸作为油盐混合污染土壤治理添加的生物质。
具体实施步骤如下：
(1)首先按照20mg/kg麦秸比例添加黄孢原毛平革菌，1010个/kg麦秸比例添加能降解纤维素的铜绿假单胞菌(菌种来自中国普通微生物菌种保藏中心)；混合均匀后，均匀施加到污染土壤上；
(2)进行机械翻耕；翻耕深度为30cm；
(3)在污染场地周围构建30cm高的围堰；
(4)水浸洗盐自7月下旬开始，7月下旬利用井水浇灌一次，水量为0.3m3/m2耕地。其余皆为中原油田8月～9月的正常降水(降水量为130mm)；
(5)8月底，场地机械翻耕，将腐熟后的生物质与污染土壤充分混匀；
(6)9月初施加石油烃降解菌剂，为刺孢小克银汉霉菌和阴沟肠杆菌以及铜绿假单胞菌组成(菌种来自中国普通微生物菌种保藏中心)。菌剂发酵后，将刺孢小克银汉霉菌发酵液、阴沟肠杆菌发酵液以及铜绿假单胞菌发酵液按照1∶2∶1的比例混合，制得石油烃降解菌剂。现场以水稀释菌剂，稀释倍数为10倍，将菌剂以1.5L/m2均匀施洒到污染土壤上；
(7)9月中旬，场地再次机械翻耕。
石油-盐混合污染土壤治理效果评估：
通过现场测量土壤的电导率评估污染土壤盐污染的治理效果，结果如下(见表1)，至9月中旬，实施例中的污染土壤的盐含量已经达到正常耕地的要求。
表1水浸洗盐效率
利用微波萃取法(美国环保署3546推荐方法，US EPA 3546Microvave Extraction[S].www.epa.gov/sw-846/pdfs/3546.pdf)测量土壤中的总石油烃含量，截止至10月8号小麦种植前，实施例中的污染耕地石油烃降解率达到80％，场地石油烃含量均降至0.3％以下，满足小麦种植的要求。
实施例中，油盐伴生污染综合治理后，种植当地普遍的农作物小麦来检验添加麦秸实现油盐伴生污染土壤综合治理的效果，实验结果表明小麦出苗率达到80％，小麦生长正常。
Claims (11)
1.一种生物质强化石油-盐混合污染土壤的原位生物修复方法，包括如下步骤：
(1)将生物质降解菌剂均匀添加到生物质中；
(2)按照3～20％生物质/土壤的体积百分比将步骤(1)中得到的生物质均匀施加到污染土壤表面上；
(3)将施加了生物质的污染土壤进行机械翻耕，翻耕深度为25～50cm，在污染土壤中构建位于浅层土和深层土之间的疏松生物质层，疏松生物质层厚度为3～15cm；
(4)在污染场地周围构建高30cm的围堰，以防止洗盐水外排对其他地块造成污染；
(5)对步骤(4)的污染场地进行人工灌溉或利用自然降水，对污染地块进行水浸洗盐；
(6)检测土壤电导率，待土壤电导率下降到10ms/cm以下时，机械翻耕土壤，将疏松生物质层与污染土壤充分混匀；
(7)将含有细菌和真菌的石油烃降解菌剂施洒到污染土壤上，每月翻耕1～2次，以使石油烃降解菌剂与污染土壤充分混匀，且增加土壤的氧含量；可使石油-盐混合污染土壤得到修复。
2.按照权利要求1所述的原位生物修复方法，其特征在于步骤(1)中所述的生物质降解菌剂含有真菌和细菌，其中真菌添加量为5～150mg/kg生物质，细菌添加量为108～1010个/kg生物质。
3.按照权利要求2所述的原位生物修复方法，其特征在于所述的真菌为白腐真菌、木霉属、曲霉属等真菌之一种。
4.按照权利要求2所述的原位生物修复方法，其特征在于所述细菌为热厌氧杆菌属、生孢噬纤维菌或假单胞菌属等细菌之一种。
5.按照权利要求1～4所述的原位生物修复方法，其特征在于所述的生物质是农作物秸秆、废纸、木屑等1～3种。
6.按照权利要求1所述的原位生物修复方法，其特征在于步骤(7)所述的石油烃降解菌剂含有具有石油烃降解能力的细菌和真菌，且至少含有一种能够高效产生生物表面活性剂的微生物。
7.按照权利要求6所述的原位生物修复方法，其特征在于所述的细菌为假单胞菌属、红球菌属、微球菌属、肠杆菌属、棒状杆菌属、黄质菌属和芽孢杆菌属等至少之一种。
8.按照权利要求6所述的原位生物修复方法，其特征在于所述的真菌为白腐真菌的黄孢原毛平革菌或刺孢小克银汉霉菌。
9.按照权力要求6所述的原位生物修复方法，其特征在于所述的能够高效产生生物表面活性剂的细菌来源于以下菌属：假单胞菌属、红球菌属、微球菌属、黄质菌属、肠杆菌属、棒状杆菌属和芽孢杆菌。
10.按照权利要求6或7所述的原位生物修复方法，其特征在于所述的细菌添加量为1010-1012个/m2耕地。
11.按照权利要求6或8所述的原位生物修复方法，其特征在于所述的真菌添加量为20～150mg/m2耕地。
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