石油污染土壤的生物修復技術
前言
石油是現代社會的重要能源，被稱作“工業的血液”“黑色的金子”，同樣石油工業在國民經濟中占有十分重要的地位，是國家綜合國力的重要組成部分。我國目前已在25個省和自治區中找到了400多個油氣田或油氣藏，自1978年以來我國石油年產量突破一億噸大關從而成為世界十大產油國，現在年產石油近1．83億噸。然而石油工業迅速發展的同時也帶來了許多環境問題。在石油開采、貯運、煉制加工及使用和運輸過程中，引起了一系列土壤石油污染問題。我國每年有近60萬噸石油進入環境，污染土壤近10萬噸，石油污染土地面積約500萬公頃。石油污染可以使生態系統的結構和功能遭受破壞使作物減產，而且污染土壤中低沸點的燃料油類能引起人體的麻醉、窒息、化學性肺炎等，其中多環芳烴對人還有致癌、致突變和致畸等作用。石油污染土壤給生態環境帶來巨大危害的同時也給國家和社會造成巨大的經濟損失。所以，解決土壤中石油污染這種與人類生活密切相關的問題具有重要意義。
2土壤生物修復技術
土壤生物修復技術(Soil Bioremediation)就是一種利用生物技術和方法來治理土壤污染使其恢復其正常功能的途徑。廣義的土壤生物修復包括利用土壤中的各種生物一植物、土壤動物和微生物吸收、降解和轉化土壤中的污染物，使污染物的濃度降低到可接受的水平，或將有毒有害的污染物轉化為無害的物質。與化學、物理方法相比，生物修復對人和環境造成的影響小，且修復費用僅為傳統物理、化學修復的30％一50％，是一種高效、經濟和環境友好的污染治理，并主要以原位修復為主。微生物修復是研究最多、應用也最為廣泛的一種生物修復方法【2】。微生物降解石油就是利用微生物促進有毒、有害物質降解，主要是利用活的有機體去打破污染有毒害作用的大分子結構，最終把石油污染物轉化成無毒性的形式，從而使石油類污染物在微生物的新陳代謝循環中得到轉化和去除。
3.影響土壤生物修復的環境因素
3．1溫度
溫度對石油烴類的生物降解速率起著關鍵作用口J，這是因為溫度可以決定石油碳氫化合物的物理狀態，而物理狀態最終影響到微生物與石油碳氫化合物分子之間的相互作用關系，進而改變了生物降解的過程和速率¨J。研究表明，從0—30。C環境中均可分離石油降解菌。環境中烴類降解與溫度呈正相關。在。一30℃范圍內每升高lo℃，其生化反應增加2—3倍。而低溫時某些烴類呈固態，因而不易降解。此外，微生物對石油烴的降解借助于酶的催化作用完成，而酶的活性只有在一定的溫度范圍內才能得以發揮。對于好氧菌來說最佳的石油降解溫度一般是在15—30℃之間‘51。
3．2氮與磷含量
在油污土壤中，通常有機碳含量較高，而N、P相對缺乏，因為石油能夠提供生物較易利用的有機碳，而不能提供N、P及其它營養物∞J。氮與磷含量常嚴重地限制了細菌生長繁殖，進而影響微生物對石油的降解。因此適時適量施用氮、磷肥料可以加快石油污染物的降解。Arias等發現在石油生物修復過程中普遍采用的最優碳氮、碳磷比分別為10：1、10：0．3【7J。且有實明，碳氮磷比在不同降解時期，對石油中各組份降解速率的影響不同，降解前期，較低的碳氮磷比降解啟動時間短，氮磷消耗與降解速率較快；降解后期，碳氮磷比對降解速率的影響不是很顯著；最終降解效果基本相同【8J。但是向沉積物中加人氦磷營養，要考慮是否會造成氮磷釋放，形成二次污染。
3．3氧
石油中各個組分完全礦化為CO：和H：O，需要一定量的氧，每分解l克石油，需氧3～4克[9】。在石油污染嚴重的環境里，氧有時成為石油降解的限制因子。雖然采用厭氧方式也可對石油烴進行降解，但是Van—looeke等人¨馴認為，任何情況下，厭氧微生物降解率都低于好氧微生物。因此提供足夠的氧很可能是提高生物降解率的最重要的條件。土壤中的氧的量常常是制約高速降解的限制因素。并且試驗表明，石油在厭氧條件下的降解比有氧時要低幾個數量級，在有氧時烴類經14d可降解20％以上，而厭氧條件下經223天降解率不到5％【111。厭氧石油降解在自然界幾乎微弱至可忽略不計，但其對底泥及深水中石油烴類的降解仍具有一定意義。
3．4水分
石油烴在土壤中的降解與土壤中的水分含量有一定的關系。土壤過分干燥或在冰凍條件下土壤中無液態水，石油難以降解；但在漬水條件下石油烴的降解率也比正常水分下降低。試驗表明，在土壤中石油濃度為250mg／kg和500mg／kg時，正常土壤水分條件下培養45d，烷烴的降解率可達85％以上，芳烴的降解率可達70％以上；但在漬水條件下，石油烴濃度在100rag／蠅，培養45d時烴的降解率可達60％以上，石油烴的濃度在250mg／kg和500mg／kg時，在培養45d時，烴的降解率不到40％，至培養90d時，仍有較高的殘留量。大量實踐表明，根據微生物活性所需要的條件，在土壤水分為其最大持水量的25％一85％范圍內，石油烴的降鰓較為有利，在水分低于25％或高于90％時，對石油驗說烴降解菌的活動不利。
3．5 pH
土壤的pH變化范圍很大，為6．5—11．0。pH值是一個影響微生物生長的重要環境因素，大多數異氧菌和真菌喜好中性環境。pH太高或太低都會影響微生物的降解能力。通常土壤中微生物生長的最佳pH值在7．0左右【l 2|。與大多數微生物相同，能降解石油類物質的土壤微生物繁殖的適宜pH值為6—8，最優為7—7．5左右。由于土壤微生物在降解過程中產生的酸性物質往往在土壤中有積累效應，會導致PH進一步降低。所以在偏酸性污染土壤的生物治理過程中，為了提高微生物代謝活性和降解石油類物質的速率，可以在土壤中添加一些農用酸堿緩沖劑調整土層的PH值。另外，對于某些產生生物表面活性劑菌的降解菌，pH值影響發酵液中生物表面活性劑的聚集形式，使石油烴的分散狀態改變，進而影響降解菌與石油烴的接觸狀態，最終影響石油烴的攝取。
3．6土壤質地
不同類型的土壤質地對污染物的降解必然有影響。這是由于土壤質地影響其通透性、持水能力、過濾速度、吸附能力、營養的供應和微域環境的構成等u 4。。李玉英¨糾等人通過在相同實驗環境和不同土壤質地條件下對石油生物降解率的研究發現，石油在沙壤土中的降解率(61．4％)最高，而在粉粘壤土中的降解率最低，只有21．6％，在粉壤土和壤土中的降解率相差不大，分別為50．8％和53．7％。這是由于粉粘壤土中粉粒和粘粒含量高，對石油烴的吸附力強，且粉粘壤土的孔隙度小，使氧的擴散很慢，結果導致了對石油的利用率降低。由此可見，在相同的實驗條件下，石油的生物降解率與土壤質地有密切聯系。
另據報道，粘土型土壤對污染物的物理化學減弱能力比粗砂土大；粘土或淤泥為主的較細結構土壤孔隙很小，水過濾速度慢；高嶺土具有高收縮膨脹性，濕度增大會引起土壤膨脹，阻礙水的運動，導致厭氧條件，影響好氧微生物活性；但如果移動速度太快，土壤吸附量太大，會導致污染向底下轉移【1 61；有人還發現，受污染土壤的孔隙度比未受污染的要小，從而阻礙生物降解的進行¨71。Bailey【垤1研究了4種烴污染土壤經生物修復后的轉化限度，發現土壤中粘土含量對烴轉化的影響是由于粘土含量不同改變了土壤團粒具結強度的原因。
目前，對土壤質地對烴的降解率進行系統的研究并不多，但是土壤質地對石油烴的降解影響卻不可忽視，因此有必要對土壤質地對烴的降解率影響做進一步深入研究。
3．7其他影響因素
除了上述環境因素以外，微生物的種類，各菌種之間的相互作用以及生物表面活性劑的添加等都對烴的降解有影響。
4.應用前景展望
近年來，研究石油污染的生物修復已成為人們關注的研究熱點。基于我國石油污染現狀及環保要求，低費用、高效率的生物修復技術具有很大的社會需求，將會產生巨大的環境效益、社會效益和經濟效益，對于發展國民經濟尤其是保護生存環境具有非常重要的意義。基于此，石油污染的生物修復技術作為一種有效的治污手段必然具有廣闊市場和發展前景。目前石油污染生物修復技術研究的方向應該側重在以下幾個方面：1．低溫條件下，篩選高效石油降解菌。目前，低溫環境下污染位土壤的凈化已經引起人們極大興趣。2．利用遺傳基因工程技術構建高效降解菌。3．篩選高效生物表面活性劑應用于石油污染土壤中。4．不同質地的石油污染土壤的治理。
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