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石油污染生物修復(fù)技術(shù)

[2011/11/16]

　　1、目前現(xiàn)有的生物處理技術(shù)

　　目前處理石油污染廢水的生物技術(shù)主要包括活性污泥法、氧化溝和生物膜法等；钚晕勰喾ㄊ墙柚貧饣蛘邫C械攪拌，使活性污泥均勻分布于曝氣池內(nèi)，微生物壁外的粘液將污水中的污染物吸附，并在酶的作用下對有機物進(jìn)行新陳代謝轉(zhuǎn)化。自上世紀(jì)8O年代，石油廢水普遍采用的二級生物治理方法是傳統(tǒng)活性污泥法l3。李哲采用SBR法處理油田采出水，結(jié)果表明，COD往除率為80%一90%;出水滿足行業(yè)的排放標(biāo)準(zhǔn)。王贊春等研究了SBR以及投菌SBR法處理煉油廢水中污染物的效果，實驗結(jié)果表明，廢水中各種污染物的往除率分別為：COD93.5%、石油類98.6%、總氮89.8%。SBR工藝是一種新型的高效廢水處理技術(shù)，是對傳統(tǒng)活性污泥法的改進(jìn)。該方法具有固液分離效果好、工藝簡單、占地少、建設(shè)用度低、耐沖擊負(fù)荷強，溫度影響小，活性污泥狀態(tài)良好和處理能力強等優(yōu)點，是處理石油廢水的一種具有遠(yuǎn)景的處理方法。

　　氧化溝對各種含高COD、BOD、油類等有機廢水的深度處理十分有效。它的曝氣池呈封閉、環(huán)狀跑道式，污水和活性污泥以及各種微生物混合在溝渠中作循環(huán)活動。氧化溝在處理含油廢水方面應(yīng)用實例比較多，但是其處理效果沒有達(dá)到處理要求。有很多企業(yè)都采用了氧化溝工藝，其處理出水水質(zhì)與進(jìn)水水質(zhì)有關(guān)，只有確保一定的進(jìn)水水質(zhì)時，出水才會達(dá)到理想的處理效果。專家們根據(jù)工藝原理分析了氧化溝不能取得理想處理效果的原因，提出了很多的改善對策。在氧化溝現(xiàn)有處理能力和工藝特色的基礎(chǔ)上，有人探索出了一套投菌氧化溝曝氣的處理方案，實驗結(jié)果表明，在相同的水力停留時間等條件下，可以將往除率進(jìn)步10%左右，假如要得到相同的往除率可以大大縮短水力停留時間，且出水COD值可以更低。與活性污泥法相比，氧化溝具有很多優(yōu)點：工藝簡單;不僅可以往除BOD和SS，還可以達(dá)到脫氮除磷的效果;設(shè)備少，操縱治理簡便;低溫有更大適應(yīng)性等。氧化溝是活性污泥法的發(fā)展，但是只有滿足工藝要求時，才能發(fā)揮往污效果。

　　目前應(yīng)用較廣泛的生物膜法主要包括生物轉(zhuǎn)盤、生物流化床、接觸氧化法和膜生物反應(yīng)器等。生物轉(zhuǎn)盤是利用較大的比表面積，在低能耗的條件下轉(zhuǎn)動產(chǎn)生高效曝氣，使得氧氣、水和膜之間有較好的接觸。盤片表面附著的膜狀微生物在其新陳代謝的過程中對有機污染物進(jìn)行無害化降解。曹明偉利用環(huán)境微生物技術(shù)，開發(fā)出高溫上風(fēng)菌生物膜法處理采油廢水，實驗結(jié)果表明：硫化物的均勻往除率98%;揮發(fā)酚的均勻往除率為91%;COD均勻往除率為68%;氨氮均勻往除率為82%。

　　生物流化床處理技術(shù)是借助流體使表面生長著微生物的固體顆粒呈流態(tài)化，同時進(jìn)行往除和降解有機物的生物膜法處理技術(shù)。影響其處理效果的因素有載體的選擇、菌種的篩選等。崔俊華等在“三套”工藝的基礎(chǔ)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懸浮填料并用的措施，使出水油濃度降為3.5—4.9mg/L，達(dá)一種被廣泛采用并逐漸成熟的生物深化處理技術(shù)。龔爭輝應(yīng)用接觸氧化工藝對采油廢水進(jìn)行了現(xiàn)場的實驗研究，廢水中的COD和油的往除率分別為42.2%和89.3%，最后出水能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

　　接觸氧化法除了可以降低COD，還可以用于往除氨氮，尤其適合應(yīng)用于煉油廢水的凈化。龐金釗的實驗結(jié)果表明，用接觸氧化法工藝處理COD≤500mg/L的石油廢水時，硝化細(xì)菌是上風(fēng)菌，能同時有效往除氨氮和COD引。接觸氧化法可以克服活性污泥法輕易污泥膨脹和超標(biāo)排放的缺點，具有有機負(fù)荷高、抗沖擊能力強、對廢水中的毒物忍耐力較大等優(yōu)點，而且對氨氮也有較好的往除效果。接觸氧化法多用于深度處理含油廢水，其技術(shù)關(guān)鍵在于對進(jìn)水可生化性的控制。

　　2、生物修復(fù)技術(shù)

　　生物修復(fù)(bioremediation)技術(shù)是利用微生物、植物及其他生物，將環(huán)境中的危險性污染物降解為二氧化碳和水或轉(zhuǎn)化為其他無害物質(zhì)的工程技術(shù)系。生物修復(fù)的概念最初來源于微生物對環(huán)境污染的治理，至今很多文獻(xiàn)仍沿用bioremediation一詞，專指微生物修復(fù)，通常將其分為廣義的生物修復(fù)和狹義的生物修復(fù)。

　　2.1微生物修復(fù)

　　石油污染土壤的微生物修復(fù)是指利用微生物酶如脫氫酶對大多數(shù)石油污染物的攻擊，將石油污染物降解成無害物質(zhì)的生物工程技術(shù)？梢越到馐偷奈⑸镏饕(xì)菌、真菌、酵母菌，這些微生物廣泛分布于海洋、淡水和土壤環(huán)境中。細(xì)菌和酵母菌是水生生態(tài)系統(tǒng)中占據(jù)主導(dǎo)地位的微生物降解執(zhí)行者，在土壤環(huán)境中則變成真菌和細(xì)菌。同時可以查看中國污水處理工程網(wǎng)更多技術(shù)文檔。

　　姚德明研究表明，石油污染土壤中以利用石油烴為碳源的真菌數(shù)目較少，細(xì)菌數(shù)目較多但是類群沒有真菌豐富;細(xì)菌以革氏染色陰性桿菌為上風(fēng)，其中以動膠菌屬為主，其次黃桿菌屬。革氏染色陽性桿菌以芽孢桿菌為主。真菌以毛霉菌屬、小克銀漢菌屬占上風(fēng)。其次是鐮刀菌屬、青霉菌屬、曲霉菌屬，酵母最弱。放線菌以鏈霉菌屬為上風(fēng)。潘峰利用篩選得到的10株酵母菌組成復(fù)合酵母菌系統(tǒng)，并將該復(fù)合菌系統(tǒng)接種到泥漿反應(yīng)器中對模擬油泥樣品進(jìn)行了處理，發(fā)現(xiàn)復(fù)合酵母菌在反應(yīng)速度和油往除率上都優(yōu)于活性污泥。羅一菁經(jīng)初篩菌株制備成混合菌劑，對煉廠“三泥”中的殘油均勻往除率為84%以上。許增德從油污土壤中分離出降解石油的微生物菌株，鑒定為假單胞菌屬，石油烴類的降解率達(dá)到85%。SanjeetMishra使用不動桿菌屬接種和其他營養(yǎng)物質(zhì)對煉廠石油污染的土壤進(jìn)行修復(fù)，結(jié)果表明一年內(nèi)總石油烴中烷烴的降解率94.2%，芳香組分降解91.9%，含氮、硫、氧化合物和瀝青質(zhì)降解85.2%。DINGKEQIANG研究真菌對石油烴類的降解，結(jié)果表明黃孢原毛平革菌液體培養(yǎng)接種條件下烴類降解率遠(yuǎn)高于鐮刀菌石油降解率。

　　2.2生物修復(fù)被石油污染的地下水

　　石油在開采、煉制、儲存過程中會對地下水造成污染，給環(huán)境尤其是人類自身帶來嚴(yán)重的危害，目前很多國家已頒布相關(guān)法規(guī)，采取相應(yīng)的防護(hù)措施，同時也在積極開展有關(guān)地下水污染的治理研究，常見的方法有隔離法、泵提法、吸水法、生物修復(fù)法等。其中生物修復(fù)被石油污染的地下水是近年來興起的，它包括：生物注射法、有機粘土法、抽提地下水系統(tǒng)和回注系統(tǒng)相結(jié)正當(dāng)、生物反應(yīng)器法等。

　　2.3生物注射法

　　該方法是在傳統(tǒng)氣提技術(shù)的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)形成的新技術(shù)，主要是將加壓后的空氣注射到污染的地下水下部，氣流加速地下水和土壤中有機物的揮發(fā)和降解。這種方法主要是抽提、通氣并用，并通過增加停留時間促進(jìn)生物降解，進(jìn)步修復(fù)效率。

　　2.4有機粘土法

　　該方法是利用人工合成的有機粘土有效往除有毒化合物，帶正電荷的有機修飾物、陽離子表面活性劑通過化學(xué)鍵鍵合到帶負(fù)電荷的粘土表面合成有機粘土，表面活性劑可以將有毒化合物吸附到粘土上，從而往除或進(jìn)行生物降解。

　　2.5抽提地下水系統(tǒng)和回注系統(tǒng)相結(jié)正當(dāng)

　　該方法是將抽提地下水系統(tǒng)和回注系統(tǒng)(注進(jìn)空氣或H2O2、營養(yǎng)物和己馴化的微生物)結(jié)合起來，促進(jìn)有機污染物的生物降解ma11lbeck.DonaldR.等人在加利福尼亞的研究表明，采用此方法修復(fù)的環(huán)境，可明顯促進(jìn)生物降解。

　　2.6生物反應(yīng)器法

　　該方法就是將地下水抽提到地上部分用生物反應(yīng)器加以處理的過程，它包括4個步驟，自然形成閉路循環(huán)。即：①將污染的地下水抽提到地面;②在地面生物反應(yīng)器內(nèi)對其進(jìn)行好氧降解，生物反應(yīng)器在運轉(zhuǎn)過程中要補充營養(yǎng)物和氧氣;③處理后的地下水通過滲灌系統(tǒng)回灌到土壤內(nèi);④在回灌過程中加進(jìn)營養(yǎng)物和已馴化的微生物，并注進(jìn)氧氣，使生物降解過程在有氧狀態(tài)下，在土壤及地下水層內(nèi)加速進(jìn)行。

　　3、發(fā)展趨勢

　　隨著石油產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，石油運輸更加頻繁，輸油管線和儲油罐的石油泄漏事故、油槽車和油輪的泄漏事故不斷增加，受石油污染的土壤和水體將明顯增加。因此石油污染土壤與水體的修復(fù)迫在眉睫。

　　在現(xiàn)有的修復(fù)技術(shù)中，物理化學(xué)修復(fù)存在著一定的局限性，很難達(dá)完全達(dá)到修復(fù)要求，主要表現(xiàn)在修復(fù)效果不徹底且輕易造成二次污染。盡管石油污染土壤與水體的生物修復(fù)技術(shù)也還不太成熟，但是目前已有的研究結(jié)果和應(yīng)用實踐表明，生物修復(fù)技術(shù)是可行的，且具有用度低、環(huán)境影響小、應(yīng)用范圍廣的優(yōu)點，適合我國的基本國情。環(huán)境科學(xué)界普遍以為，生物修復(fù)技術(shù)比物理和化學(xué)處理技術(shù)更具有發(fā)展前途，它在土壤與水體修復(fù)中的應(yīng)用價值是不可估量的。生物修復(fù)技術(shù)應(yīng)用于受污染土壤與水體固然已經(jīng)取得了較好的效果，但仍存在一些缺點，如微生物生長受污染物濃度、營養(yǎng)物和氧氣等影響;目前通過培養(yǎng)、馴化、篩選出來的降解微生物大多數(shù)是暗箱操縱得到的，降解效率較低，而且?guī)в休^大的隨機性;目前針對受污染土壤與水體的生物修復(fù)技術(shù)主要是以供氧和施加營養(yǎng)物質(zhì)為主，缺乏與其他幾種技術(shù)的交叉和融合;生物修復(fù)技術(shù)對某些污染物質(zhì)的降解特性、在環(huán)境中的適應(yīng)性以及本錢效益等因素尚沒有研究清楚，這些都導(dǎo)致生物修復(fù)技術(shù)效率較低、所需時間較長。為克服這些缺點，應(yīng)該強化生物修復(fù)技術(shù)與其他修復(fù)技術(shù)的聯(lián)合使用，以擴大該技術(shù)的應(yīng)用范圍并不斷降低其處理本錢。同時通過現(xiàn)代生物技術(shù)，闡明石油降解微生物的降解機理和關(guān)鍵降解酶，并借助遺傳工程技術(shù)，通過降解質(zhì)；蚧蝌蟻慝@得降解能力與抵抗惡劣環(huán)境能力更強的基因工程菌，從而大大進(jìn)步石油污染土壤與水體的修復(fù)效率，縮短修復(fù)時間。