CN106077076A - 一种基于过碳酸钠氧化与微生物强化综合处理重度石油污染土壤或油泥的方法 - Google Patents

一种基于过碳酸钠氧化与微生物强化综合处理重度石油污染土壤或油泥的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于过碳酸钠氧化与微生物强化综合处理重度石油污染土壤或油泥的方法，其是先使用化学氧化剂过碳酸钠复合物对土壤或油泥进行氧化处理7周左右，之后接入芽孢杆菌与枝顶孢霉菌的混合菌剂或芽孢杆菌与黄孢原毛平革菌的混合菌剂处理20天左右，再次接入芽孢杆菌与枝顶孢霉菌的混合菌剂或芽孢杆菌与黄孢原毛平革菌的混合菌剂进行二次生物强化处理，本发明将化学氧化和真菌‑细菌菌群的序列生物强化修复技术结合，显著地提高重度石油污染土壤或油泥的处理效率，且可以大大缩短处理周期，此外，本发明的菌群生长稳定，枝顶孢霉菌和黄孢原毛平革菌在现场对室外自然环境的耐受能力较好，存活率较高，适用于室外现场修复并且适于大范围推广应用。

Description

一种基于过碳酸钠氧化与微生物强化综合处理重度石油污染 土壤或油泥的方法
技术领域
本发明属于重度石油污染土壤或油泥的修复方法，具体涉及对油田开采区基于过碳酸钠氧化与微生物强化综合处理重度石油污染土壤或油泥的方法。
技术背景
当今世界石油工业飞速发展，在石油勘探与开采，储运与炼制过程中，由于操作不当或事故泄漏等原因，常会有石油外溢或排放，造成严重的环境污染，对人类健康和环境存在着潜在的风险。目前，石油污染土壤已成为一个全球性的环境问题。对于石油污染土壤进行处理，使其在较短的时间内达到恢复利用的效果，是石油污染土壤治理过程中亟待解决的问题。近年来，生物修复技术由于其高效、无二次污染等特点在国内外都得到了广泛的应用，在石油污染土壤的治理过程中，一方面要进一步完善生物修复技术，使其成熟化和系统化；另一方面要注意与其他修复方法的结合，以提高对污染物的综合处理效率。
化学处理修复技术具有较好的石油烃修复效率，可以单独使用，但一般不能与生物修复技术联合使用。目前常用的化学处理剂有过氧化氢、高锰酸盐、Fenton试剂、类Fenton试剂及活化过硫酸盐等。但是，化学处理技术也有其局限性，如在处理降解过程中，处理剂会对土壤中的其它有机质进行处理并且改变了土壤中的吸附结构，以及生物可利用性，不利于植物和微生物的生长。
为进一步提高修复的效率，解决化学氧化和生物处理之间的衔接技术问题，本发明提出了一种新型的氧化处理和菌群生物强化策略的联合处理技术，以期对重度石油污染土壤或油泥进行高效处理。
发明内容
为了解决现有技术所存在的不足，本发明提供了一种基于过碳酸钠氧化与微生物强化综合处理重度石油污染土壤或油泥的方法，该方法可显著地提高重度石油污染土壤或油泥的处理效率，且可以大大缩短处理周期并且所用菌种对室外自然环境的耐受能力好，适于室外现场处理。
所涉及的生物强化综合处理方法是使用芽孢杆菌Bacillus sp.与枝顶孢霉菌Acremonium sp.或黄孢原毛平革菌(Phanerochaete sp.)的固体菌剂接入重度石油污染土壤或油泥中。
本发明所涉及的三种菌分别为芽孢杆菌、枝顶孢霉菌以及黄孢原毛平革菌，其中：芽孢杆菌Bacillus sp.，菌株保藏号CCTCC NO:AB 2014248，属于已知固体菌剂，该菌菌落呈乳白色，菌落圆形，表面光滑、凸起，边缘整齐，背面颜色与正面一致，无色素分布。枝顶孢霉菌Acremonium sp.Y0997，菌株保藏号为CCTCC NO:M 2016117，保藏单位是中国典型培养物保藏中心，地址：中国武汉武汉大学，邮编：430072，保藏日期是2016年3月14日，该菌菌落呈白色，菌落圆形，背面奶油色至赭黄色，菌丝无色，光滑且具隔膜，孢子囊梗直接从菌丝上长出，呈锥形多单生，分生孢子无色，光滑，形成簇状或链状，长纺锤形，两头尖，未见厚垣孢子。黄孢原毛平革菌Phanerochaete sp.F0996，菌株保藏号为CCTCC NO:M 2016116，保藏单位是中国典型培养物保藏中心，地址：中国武汉武汉大学，邮编：430072，保藏日期是2016年3月14日，该菌菌落白色，圆形，背面无色，菌落仅有少量凸起；菌丝为无色，蓬松棉絮状，随着培养时间的延长，绒毛状凸起逐渐变平，菌丝消失，形成粉末孢子。
为了实现上述目的，本发明利用化学氧化剂过碳酸钠复合物与真菌-细菌菌群综合法对重度石油污染的土壤或油泥进行了处理，具体技术方案如下：
(1)采集油井附近重度石油污染的土壤或油泥置于处理池中，将其敲碎、混匀，或直接将污染现场的重度石油污染土壤或油泥敲碎、混匀；
(2)将过碳酸钠复合物作为氧化剂按3～8g/kg的比例接入经步骤(1)处理的土壤或油泥中，加水至土壤或油泥的含水率达15～30％，混匀，氧化处理5～10天；
(3)向步骤(2)处理的土壤或油泥中接入培养好的芽孢杆菌与枝顶孢霉菌的混合菌剂或芽孢杆菌与黄孢原毛平革菌的混合菌剂，芽孢杆菌的接种量为15～25g/kg，枝顶孢霉菌或黄孢原毛平革菌的接种量均为15～25g/kg，再加入有机肥料，有机肥料的添加量为800～1200mg/kg，混匀，将土壤或油泥表面用塑料薄膜覆盖，通气，维持土壤或油泥的含水率稳定，在15～35℃下，现场处理15～25天；
(4)重复步骤(3)的操作，向土壤或油泥中再次接入等量芽孢杆菌与枝顶孢霉菌的混合菌剂或芽孢杆菌与黄孢原毛平革菌的混合菌剂，混匀，用塑料薄膜将处理池的表面覆盖，通气，维持土壤或油泥的含水率稳定，在15～35℃下，现场处理20～30天，完成重度石油污染土壤或油泥的综合处理。
上述步骤(2)是将氧化剂过碳酸钠复合物按3～8g/kg的比例接入经步骤(1)处理的土壤或油泥中，加入表面活性剂，表面活性剂的添加量为1200～1600mg/kg，并加水使土壤或油泥的含水率达到15～30％，混匀，氧化处理5～10天；
上述过碳酸钠复合物是由过碳酸钠、氧化钙和硫酸亚铁以5:2:2的摩尔比制备而成。
上述重度石油污染土壤或油泥的总石油烃起始含量为120000～200000mg/kg。
上述枝顶孢霉菌的名称为Acremonium sp.Y0997，菌株保藏号为CCTCC NO:M2016117，保藏日期为2016年3月14日，保藏单位为中国典型培养物保藏中心；
上述黄孢原毛平革菌的名称为Phanerochaete sp.F0996，菌株保藏号为CCTCCNO:M 2016116，保藏单位是中国典型培养物保藏中心，保藏日期是2016年3月14日。
上述芽孢杆菌的活菌含量为4.0×109～6.0×109CFU/g，枝顶孢霉菌和黄孢原毛平革菌的活菌含量均为7.2×109～9.0×109CFU/g。
本发明的基于过碳酸钠氧化与微生物强化综合处理重度石油污染土壤或油泥的方法，先是使用化学氧化剂过碳酸钠复合物对土壤或油泥进行氧化处理7周左右，之后接入芽孢杆菌与枝顶孢霉菌的混合菌剂或芽孢杆菌与黄孢原毛平革菌的混合菌剂处理20天左右，再次接入芽孢杆菌与枝顶孢霉菌的混合菌剂或芽孢杆菌与黄孢原毛平革菌的混合菌剂进行二次生物强化处理，本发明综合应用化学氧化处理底物选择性低、高效、周期短以及菌群生物强化处理温和、转化产物对环境友好的诸多优点，可在污染土壤或含油污泥污染现场原位或异位处理重度石油污染土壤或油泥，即本发明将化学氧化和真菌-细菌菌群的序列生物强化修复技术结合，显著地提高重度石油污染土壤或油泥的处理效率，且可以大大缩短处理周期，试验结果表明：经化学氧化剂过碳酸钠氧化处理处理5～10天后，土壤或油泥中TPH降解效率为20％～40％，对其中轻链组分的降解效率均达到了45.57±2.25％，随后芽孢杆菌Bacillus sp.与枝顶孢霉菌Acremonium sp.或黄孢原毛平革菌Phanerochaetesp.的菌群为期40～50天的处理后，土壤或油泥中TPH降解效率达到了80％～90％，本发明可处理原油含量高达12～20％土壤或油泥，TPH降解效率高，此外，本发明的菌群生长稳定，枝顶孢霉菌和黄孢原毛平革菌在现场对室外自然环境的耐受能力较好，存活率较高，适用于室外现场修复并且适于大范围推广应用，本发明也可适用于石油类化合物的固体污染介质如土壤或石油生产现场产生的含油污泥以及页岩气采集现场的生产废弃物，，在采油作业区有过现场验证，稳定可靠，还可运用于石油类化合物污染的多种介质如污染水源以及页岩气采集现场的生产废弃物或石油废水等。
附图说明
图1为枝顶孢霉菌(Acremonium sp.Y0996)的形貌图。
图2为黄孢原毛平革菌(Phanerochaete sp.F0996)的形貌图。
图3为处理7天空白例土壤中石油烃组分的气相色谱与质谱联用分析图谱。
图4为化学氧化处理7天实施例1与实施例2土壤中石油烃组分的气相色谱与质谱联用分析图谱。
图5为化学氧化处理7天实施例1与实施例2土壤中轻链与重链组分的相对含量变化结果。
图6为处理60天空白例和对比例1与实施例1土壤中TPH去除效率对比结果。
图7为处理60天空白例和对比例2与实施例2土壤中TPH去除效率对比结果。
具体实施方式
现结合试验和实施例对本发明的技术方案进行进一步说明，但是本发明不仅限于下述的实施方式。
本发明所涉及的三种菌分别为芽孢杆菌、枝顶孢霉菌以及黄孢原毛平革菌，其中：
芽孢杆菌Bacillus sp.，菌株保藏号CCTCC NO:AB 2014248，属于已知固体菌剂，该菌菌落呈乳白色，菌落圆形，表面光滑、凸起，边缘整齐，背面颜色与正面一致，无色素分布。
枝顶孢霉菌Acremonium sp.Y0997，菌株保藏号为CCTCC NO:M 2016117，保藏单位是中国典型培养物保藏中心，保藏日期是2016年3月14日，其18SrDNA序列为：
该菌菌落呈白色，菌落圆形，背面奶油色至赭黄色，菌丝无色，光滑且具隔膜，孢子囊梗直接从菌丝上长出，呈锥形多单生，分生孢子无色，光滑，形成簇状或链状，长纺锤形，两头尖，未见厚垣孢子，参见图1。
黄孢原毛平革菌Phanerochaete sp.F0996，菌株保藏号为CCTCC NO:M 2016116，保藏单位是中国典型培养物保藏中心，保藏日期是2016年3月14日，其18SrDNA序列为：
该菌菌落白色，圆形，背面无色，菌落仅有少量凸起；菌丝为无色，蓬松棉絮状，随着培养时间的延长，绒毛状凸起逐渐变平，菌丝消失，形成粉末孢子，参见图2。
现以过碳酸钠复合物为化学氧化剂，与由芽孢杆菌和枝顶孢霉菌的菌群组合或芽孢杆菌和黄孢原毛平革菌的菌群组合联合对重度石油污染土壤进行处理，由以下步骤实现：
(1)采集油井附近的重度石油污染土壤置于处理池中，将其敲碎，混匀。
(2)将氧化剂过碳酸钠复合物加入经步骤(1)的土壤中，加水至土壤中含水率达15～30％，混匀，氧化处理5～10天；该过碳酸钠复合物是由过碳酸钠、氧化钙和硫酸亚铁以5:2:2的摩尔比制备而成。
(3)将培养好的菌群组合接入步骤(2)的土壤中，再加入有机肥料(市售)，混匀，将处理池的表面用塑料薄膜覆盖，通气，维持土壤的含水率稳定，在在15～35℃下，现场处理15～25天。
(4)重复步骤(3)的操作，向土壤中再次接入等量芽孢杆菌与枝顶孢霉菌的混合菌剂或芽孢杆菌与黄孢原毛平革菌的混合菌剂，混匀，用塑料薄膜将处理池的表面覆盖，通气，维持土壤的含水率稳定，在15～35℃下，现场处理20～30天，完成重度石油污染土壤的综合处理。
按照该方法进行实验，具体的工艺条件和TPH降解率参见表1所示。
表1为各实施例的工艺条件及TPH降解率
本发明的方法对处理重度石油污染土壤和油泥均可适用，还可以直接处理污染现场的重度石油污染土壤或油泥，处理过程相同，并且都能够得到很好的处理效果。
上述实施例的步骤(2)中在土壤中接入氧化剂之后还可以按照1200～1600mg/kg的添加量添加表面活性剂，氧化剂与表面活性剂混合处理后使氧化处理效果更好，更有利于后续的生物强化处理。
为了验证本发明的技术效果，申请人做了大量的实验进行验证，现将枝顶孢霉菌和黄孢原毛平革菌分别按常规一次生物强化方式对重度石油污染土壤进行处理作为对比例与实施例1及实施例2的降解处理效果进行对比，同时还以空白实验作为参照，具体如下：
对比例1
(1)采集油井附近的重度石油污染土壤置于处理池中，将其敲碎，混匀；
(2)将培养好的芽孢杆菌和枝顶孢霉菌混合菌群接入重度石油污染土壤中，芽孢杆菌的接种量为20g/kg土壤(固体菌剂活菌含量：5.3×109CFU/g)，枝顶孢霉菌的接种量为20g/kg土壤(固体菌剂活菌含量：8.0×109CFU/g)，再加入适量有机肥料，并加水至土壤的含水率达25％，混匀，将处理池的表面用塑料薄膜覆盖，通气，维持土壤或油泥的含水率稳定，在15～35℃下，现场处理30天；
(3)重复步骤(2)的操作，向重度石油污染土壤中接入等量的培养好的芽孢杆菌和枝顶孢霉菌混合菌群，在15～35℃下，现场处理30天，完成处理。
对比例2
(1)与对比例1相同；
(2)将培养好的芽孢杆菌和黄孢原毛平革菌接入重度石油污染土壤中，芽孢杆菌的接种量为20g/kg土壤(固体菌剂活菌含量：5.3×109CFU/g)，黄孢原毛平革菌的接种量为20g/kg土壤(固体菌剂活菌含量：8.0×109CFU/g)，再加入适量有机肥料，并加水至土壤或油泥的含水率达25％，混匀，将处理池的表面用塑料薄膜覆盖，通气，维持土壤或油泥的含水率稳定，在15～35℃下，现场处理30天；
(3)重复步骤(2)的操作，向重度石油污染土壤中接入等量的培养好的芽孢杆菌和黄孢原毛平革菌混合菌群，在15～35℃下，现场处理30天，完成处理。
空白例：
(1)与对比例1相同；
(2)向总石油烃起始含量为190510mg/kg的污染土壤中加入有机肥料，并加水至土壤的含水率达25％，混匀，在15～35℃下，现场处理60天，完成处理。
1、对上述空白例及实施例1处理7天后的土壤或油泥中总石油烃组分进行气相色谱与质谱连用检测，结果如下图3及图4所示。
由图1和2的结果显示，与空白例相比，经过碳酸钠复合物氧化处理后，土壤中的各石油烃组分均有明显降解效果，并对氧化处理后土壤中轻链与重链组分的去除效率进行了计算，结果如图5所示。
如图5所示，经过碳酸钠复合物氧化处理后，土壤中的轻链组分的去除效率达到了45.57±2.25％，对重链组分的降解效果较差。
对上述对比例1和空白例所处理后的土壤中总石油烃的降解情况进行检测，并与实施例1进行比较，结果如下表2及图6所示。
表2为对比例1和空白例处理60天后土壤中TPH含量与实施例1的对比结果
由表2及图6可知，对比例和空白例处理60天后的土壤或油泥中TPH含量与实施例1的对比结果表明，采用化学氧化前处理的实施例1极显著的提高了土壤或油泥中的TPH去除效率，与对比例相比，实施例1的TPH去除效率提高了约43.22％。
2、对上述对比例2和空白例所处理后的土壤中总石油烃的降解情况进行检测，并与实施例2进行比较，结果如下表3及图7所示。
表3为对比例2和空白例处理60天后土壤中TPH含量与实施例2的对比结果
由表3及图7可知，对比例2和空白例处理60天后的土壤或油泥中TPH含量与实施例2的对比结果表明，采用化学氧化前处理的实施例2极显著的提高了土壤或油泥中的TPH去除效率，与对比例相比，实施例2的TPH去除效率提高了约38.04％。
用相同的方法对重度石油污染的油泥也进行处理，也能够达到上述相同的处理效果。
经上述试验结果表明，本发明基于过碳酸钠氧化与微生物强化综合处理重度石油污染土壤或油泥的方法，可以显著地提高土壤或油泥的总石油烃的降解效率。

Claims (6)

1.一种基于过碳酸钠氧化与微生物强化综合处理重度石油污染土壤或油泥的方法，其特征在于由以下步骤组成：
(1)采集油井附近重度石油污染的土壤或油泥置于处理池中，将其敲碎、混匀，或直接将污染现场的重度石油污染土壤或油泥敲碎、混匀；
(2)将过碳酸钠复合物作为氧化剂按3～8g/kg的比例接入经步骤(1)处理的土壤或油泥中，加水至土壤或油泥的含水率达15～30％，混匀，氧化处理5～10天；
(3)向步骤(2)处理的土壤或油泥中接入培养好的芽孢杆菌与枝顶孢霉菌的混合菌剂或芽孢杆菌与黄孢原毛平革菌的混合菌剂，芽孢杆菌的接种量为15～25g/kg，枝顶孢霉菌或黄孢原毛平革菌的接种量均为15～25g/kg，再加入市售有机肥料，有机肥料的添加量为800～1200mg/kg，混匀，将土壤或油泥表面用塑料薄膜覆盖，通气，维持土壤或油泥的含水率稳定，在15～35℃下，现场处理15～25天。
(4)重复步骤(3)的操作，向土壤或油泥中再次接入等量芽孢杆菌与枝顶孢霉菌的混合菌剂或芽孢杆菌与黄孢原毛平革菌的混合菌剂，混匀，用塑料薄膜将处理池的表面覆盖，通气，维持土壤或油泥的含水率稳定，在15～35℃下，现场处理20～30天，完成重度石油污染土壤或油泥的综合处理。
2.根据权利要求1所述的基于过碳酸钠氧化与微生物强化综合处理重度石油污染土壤或油泥的方法，其特征在于所述步骤(2)是将氧化剂过碳酸钠复合物按3～8g/kg的比例接入经步骤(1)处理的土壤或油泥中，加入表面活性剂，表面活性剂的添加量为1200～1600mg/kg，并加水使土壤或油泥的含水率达到15～30％，混匀，氧化处理5～10天；
3.根据权利要求1或2所述的基于过碳酸钠氧化与微生物强化综合处理重度石油污染土壤或油泥的方法，其特征在于所述过碳酸钠复合物是由过碳酸钠、氧化钙和硫酸亚铁以5:2:2的摩尔比制备而成。
4.根据权利要求1所述的基于过碳酸钠氧化与微生物强化综合处理重度石油污染土壤或油泥的方法，其特征在于所述重度石油污染土壤或油泥的总石油烃起始含量为120000～200000mg/kg。
5.根据权利要求1所述的基于过碳酸钠氧化与微生物强化综合处理重度石油污染土壤或油泥的方法，其特征在于：所述枝顶孢霉菌的名称为Acremonium sp.Y0997，菌株保藏号为CCTCC NO:M 2016117，保藏日期为2016年3月14日，保藏单位为中国典型培养物保藏中心；
所述黄孢原毛平革菌的名称为Phanerochaete sp.F0996，菌株保藏号为CCTCC NO:M2016116，保藏单位是中国典型培养物保藏中心，保藏日期是2016年3月14日。
6.根据权利要求1或5所述的基于过碳酸钠氧化与微生物强化综合处理重度石油污染土壤或油泥的方法，其特征在于：所述芽孢杆菌的活菌含量为4.0×109～6.0×109CFU/g，枝顶孢霉菌和黄孢原毛平革菌的活菌含量均为7.2×109～9.0×109CFU/g。
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