CN110293127A - 一种用于原油污染土壤的闭环生物修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于原油污染土壤的闭环生物修复方法。以油料植物、全降解微生物修复剂和生物修复辅料为材料，利用油料植物生长、微生物代谢和辅料促进生长代谢与底物传质等复杂的协同作用，对石油污染土壤进行生物修复，并将修复过程的植物生物质进行回收，作为生物修复的原料；将油料植物的果实经加工后，用于生成生物修复的辅料，从而形成一个闭路循环的微生态系统，实现原油污染土壤的彻底无害化修复。本发明提供的生物修复方法对土壤原油污染物的去除效率高，土壤修复彻底，不产生二次污染，能够工业化大规模应用，适于内陆原油污染土壤的原位生物修复和油泥处理后剩余油土的彻底土壤化处理，在石油开采和环境保护领域具有广阔的应用前景。

Description

一种用于原油污染土壤的闭环生物修复方法
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种用于原油污染土壤的闭环生物修复方法。
背景技术
油气开采、储运和炼制等工业过程中常常造成周围土壤的污染，对生态系统、动植物及人类健康带来严重威胁。因此，石油污染土壤的处置和修复成为当前世界各国普遍关注的问题。
近几年，通过植物和微生物协同的生物修复技术，进行石油污染土壤的无害化处理，成为当前石油污染土壤处理的重要发展方向。但是，现有的修复方法常常存在原油降解率低，微生物在新污染土壤环境中难以繁殖和生长，土壤残油率高、无害化处理困难等难题。同时，现有修复技术通常采用草本植物，在修复过程中产生了大量废弃的植株生物质，其应用价值低，难以资源化利用，长期以后将形成新的二次污染，修复过程存在不可持续的局限性。因此，研究可持续无污染的高效生物修复方法，具有重要意义。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明目的在于提供一种用于原油污染土壤的闭环生物修复方法。
本发明提供的技术方案是：
一种用于原油污染土壤的闭环生物修复方法，所述的闭环生物修复方法是以油料植物、全降解微生物修复剂和生物修复辅料为材料，利用油料植物生长、微生物代谢和辅料促进生长代谢与底物传质等复杂的协同作用，对石油污染土壤进行生物修复；并将修复过程的植物生物质进行回收，作为生物修复的补充辅料；将油料植物的果实经加工，生成生物修复的生物活性辅料，从而将生物修复过程产生的全部产物进行循环利用，形成一个闭环微生态系统，实现原油污染土壤的彻底无害化修复。
所述的用于原油污染土壤的闭环生物修复方法，其特征在于，所述的油料植物为蓖麻和油菜或其中的任意一种。
所述的用于原油污染土壤的闭环生物修复方法，其特征在于，所述的植物生物质为油料植物的植株（根系、茎、叶）及果实经压榨处理后的残余固体生物质。
所述的用于原油污染土壤的闭环生物修复方法，其特征在于，所述的生物修复辅料为油料植物生长需要的养料、修复剂中的降解微生物生长代谢需要的底物的混合物，以及油料植物的生物质、油料植物果实经微生物发酵合成的产物、果实经压榨处理后的残余固体生物质等其它组分的任意比例混合物。
所述的用于原油污染土壤的闭环生物修复方法，其特征在于，所述的全降解微生物修复剂为CSETIA-BR系列微生物修复剂，可完全生物降解。
进一步，所述的用于原油污染土壤的闭环生物修复方法，其特征在于，所述方法的步骤如下：
1）将一定量全降解微生物修复剂，按比例投入待修复的原油污染土壤中，混合均匀；
2）加入生物修复辅料为油料植物生长需要的养料、修复剂中的降解微生物生长代谢需要的底物及油料植物的果实经加工所得的生物活性物质等组成的任意比例混合物辅料，然后平整制成厚度为20~30cm的混合土壤；
3）将油料植物种子进行萌发，然后播种于混合土壤中，或者将植株移植于混合土壤中，补充足量水分；
4）保持适宜的光照、通风、保湿等降解条件，并根据需要可补充必要的底物和养料等，维持植物生长和微生物代谢；经一定修复时间后，通过植物生长和微生物降解的协同作用，进行原油污染物的降解；
5）收割植物，将植株生物质切碎，作为补充辅料翻耕均匀埋入土壤，进入下一周期进一步被微生物和植物利用；
6）将收获的油料果实进行加工后得到的生物活性物质作为下一周期生物转化的辅料；加工残渣作为下一周期生物转化的补充辅料；
7）重复上述步骤，直至彻底清除土壤中的原油污染物或达到无害化的要求。
进一步，所述的用于原油污染土壤的闭环生物修复方法的步骤，其特征在于，所述步骤1）中全降解微生物修复剂用量（按质量计）与土壤体积的比例为2.2~5.4 kg/m3；
进一步，所述的用于原油污染土壤的闭环生物修复方法的步骤，其特征在于，所述步骤2）中的养料为植物生长所需的含N、P、K等的复合肥和微生物生长所需的碳源和氮源等常规底物的任意比例混合物，养料用量（按质量计）与土壤体积的比例为2.3~4.2 kg/m3。
更进一步，所述的用于原油污染土壤的闭环生物修复方法的步骤，其特征在于，所述步骤4）修复时间为3~6个月。
通过采用上述技术，本发明具有如下有益效果：
1）本发明提供的生物修复方法，以油料植物、全降解微生物修复剂和生物修复辅料为材料，通过油料植物生长、微生物代谢和辅料促进生长代谢与底物传质等复杂的协同作用，对石油污染土壤进行生物修复，充分发挥了油料植物与微生物的协同代谢和降解作用，能够实现石油污染土壤的原位生物修复，工业化放大容易。
2）本发明提供的生物修复方法，将修复过程的植株生物质进行回收，作为生物修复的辅料；将油料植物的果实经加工，生成生物修复的生物活性辅料，从而将生物修复过程产生的全部产物进行循环利用，形成一个闭环微生态系统。该方法利用了油料植物发达的根系、生长迅速以及植株生物质和果实都可以循环利用的特点和全降解微生物修复处理剂，很好地克服了常规植物与生物修复过程中存在的资源化利用困难、二次污染和修复过程不可持续的局限性，具有很好的可持续性和环境友好性。
3）本发明提供的生物修复方法，土壤中原油污染物的降解速率较高，对原油污染物的降解清除率可高达99%，能够实现原油污染土壤的彻底无害化修复，适于内陆石油开采过程中的污染土壤原位生物修复处理，在石油工业和环境保护等领域具有广阔的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1
将8.6 kg固定原油降解酵母菌的CSETIA-BR系列微生物修复剂，投入2 m3原油污染土壤中，原位混合均匀，经重量法检测污染土壤含油率为0.4%（w/w，下同）；加入蓖麻和油菜生长需要的含N、P、K复合肥2.6 kg养料、降解微生物生长代谢需要的底物2 kg及油料果实经加工所得的生物活性物质0.05 kg等组成的混合物辅料，然后平整制成厚度为20~30 cm的混合土壤；在混合土壤中播种蓖麻和油菜种子，补充水分维持种子萌发；保持适宜的光照、通风、保湿等降解条件，自然温度约20~35oC，维持植物生长和微生物代谢；修复2个月后，油菜植株高达52~55 cm，直径0.8~0.9 cm；蓖麻植株高达90~98 cm，直径1.1~1.3 cm。收割蓖麻和油菜植株，切碎，作为补充辅料翻耕均匀埋入土壤，进入下一周期进一步被微生物和植物利用；将所得果实进行加工后得到的生物活性物质及加工残渣，作为生物转化的辅料，继续修复1个月。通过蓖麻与油菜生长利用及微生物代谢降解的协同作用，经重量法检测污染土壤含油率为0.001%以下。
实施例2
将9.45 kg固定原油降解红球菌的CSETIA-BR系列微生物修复剂，投入2.1 m3原油污染土壤中，原位混合均匀，经重量法检测污染土壤含油率为1.8%；加入蓖麻生长需要的含N、P、K复合肥4.6 kg养料、降解微生物生长代谢需要的底物2.1 kg及油料果实经加工所得的生物活性物质0.05 kg等组成的混合物辅料，然后平整制成厚度为20~30 cm的混合土壤；在混合土壤中播种蓖麻种子，补充水分维持种子萌发；保持适宜的光照、通风、保湿等降解条件，自然温度约20~35oC，维持植物生长和微生物代谢；修复2个月后，蓖麻植株高达38~40 cm，直径0.7 cm。收割蓖麻植株，切碎，作为补充辅料翻耕均匀埋入土壤，进一步被微生物和植物利用；将所得果实进行加工后得到的生物活性物质及加工残渣，作为生物转化的辅料，继续修复4个月。通过蓖麻生长利用和微生物代谢降解的协同作用，经重量法检测污染土壤含油率为0.7%以下。
实施例3
将10.12 kg固定原油降解红球菌的CSETIA-BR系列微生物修复剂，投入2.8 m3原油污染土壤中，原位混合均匀，经重量法检测污染土壤含油率为5.1%；加入蓖麻生长需要的含N、P、K复合肥4.5 kg养料、降解微生物生长代谢需要的底物1.9 kg及油料果实经加工所得的生物活性物质0.05 kg等组成的混合物辅料，然后平整制成厚度为20~30 cm的混合土壤；在混合土壤中移植蓖麻植株并补种蓖麻种子，补充水分维持种子萌发；保持适宜的光照、通风、保湿等降解条件，自然温度约20~35oC，维持植物生长和微生物代谢；修复2个月后，蓖麻植株高达38~44 cm，直径0.7~0.8 cm。收割蓖麻植株，切碎，作为补充辅料翻耕均匀埋入土壤，进一步被微生物和植物利用；将所得果实进行加工后得到的生物活性物质及加工残渣，作为生物转化的辅料，继续修复2个月。通过蓖麻生长利用和微生物代谢降解的协同作用，经重量法检测污染土壤含油率为1.9%以下。
实施例4
将2.42 kg固定原油降解红球菌和酵母菌的CSETIA-BR系列微生物修复剂，投入1.1 m3原油污染土壤中，原位混合均匀，经重量法检测污染土壤含油率为0.6%；加入油菜生长需要的含N、P、K复合肥1 kg养料、降解微生物生长代谢需要的底物2.6 kg及油料果实经加工所得的生物活性物质0.03 kg等组成的混合物辅料，然后平整制成厚度为20~30 cm的混合土壤；在混合土壤中播种油菜种子，补充水分维持种子萌发；保持适宜的光照、通风、保湿等降解条件，自然温度约20~35oC，维持植物生长和微生物代谢；修复2个月后，蓖麻植株高达18~21 cm，直径0.3~0.4 cm。收割蓖麻植株，切碎，作为补充辅料翻耕均匀埋入土壤，进一步被微生物和植物利用；将所得果实进行加工后得到的生物活性物质及加工残渣，作为生物转化的辅料，继续修复2个月。通过蓖麻生长利用和微生物代谢降解的协同作用，经重量法检测污染土壤含油率为0.001%以下。
本说明书所述的内容仅仅是对发明构思实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式。

Claims (6)

1.一种用于原油污染土壤的闭环生物修复方法，其特征在于，所述的闭环生物修复方法是以油料植物、全降解微生物修复剂和生物修复辅料为材料，利用油料植物生长、微生物代谢和辅料促进生长代谢与底物传质等复杂的协同作用，对石油污染土壤进行生物修复；并将修复过程的植物生物质进行回收，作为生物修复的补充辅料；将油料植物的果实经加工，生成生物修复的生物活性辅料，从而将生物修复过程产生的全部产物进行循环利用，形成一个闭环微生态系统，实现原油污染土壤的彻底无害化修复。
2.根据权利要求1所述的用于原油污染土壤的闭环生物修复方法，其特征在于，所述的油料植物为蓖麻和油菜或其中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的用于原油污染土壤的闭环生物修复方法，其特征在于，所述的植物生物质为油料植物的植株及果实经压榨处理后的残余固体生物质。
4.根据权利要求1所述的用于原油污染土壤的闭环生物修复方法，其特征在于，所述的生物修复辅料为油料植物生长需要的养料、修复剂中的降解微生物生长代谢需要的底物及油料植物果实经加工后所得的生物活性物质等组成的任意比例混合物；所述的补充辅料为油料植物的生物质、油料植物果实经加工处理后的残余固体生物质等其它组分的任意比例混合物。
5.根据权利要求1所述的用于原油污染土壤的闭环生物修复方法，其特征在于，所述的全降解微生物修复剂为CSETIA-BR系列微生物修复剂，可完全生物降解。
6.根据权利要求1所述的用于原油污染土壤的闭环生物修复方法，其特征在于，所述方法的步骤如下：1）将一定量全降解微生物修复剂，按比例投入待修复的原油污染土壤中，混合均匀；2）加入生物修复辅料为油料植物生长需要的养料、修复剂中的降解微生物生长代谢需要的底物及油料植物的果实经加工所得的生物活性物质等组成的任意比例混合物辅料，然后平整制成厚度为20~30cm的混合土壤；3）将油料植物种子进行萌发，然后播种于混合土壤中，或者将植株移植于混合土壤中，补充足量水分；4）保持适宜的光照、通风、保湿等降解条件，并根据需要可补充必要的底物和养料等，维持植物生长和微生物代谢；经一定修复时间后，通过植物生长和微生物降解的协同作用，进行原油污染物的降解；5）收割植物，将植株生物质切碎，作为补充辅料翻耕均匀埋入土壤，进入下一周期进一步被微生物和植物利用；6）将收获的油料果实进行加工后得到的生物活性物质作为下一周期生物转化的辅料；加工残渣也作为下一周期生物转化的补充辅料；7）重复上述步骤，直至彻底清除土壤中的原油污染物或达到无害化的要求。
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