石油污染廢水生物修復技術(shù)
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行新陳代謝轉(zhuǎn)化。自上世紀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去除率為80% 一90% ；出水滿足行業(yè)的排放標準 。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去除率分別為：COD 93．5% 、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。該方法具有固液分離效果好、工藝簡單、占地少、建設費用低、耐沖擊負荷強，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前景的處理方法。
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)流動。氧化溝在處理含油廢水方面應用實例比較多，但是其處理效果沒有達到處理要求。有很多企業(yè)都采用了氧化溝工藝，其處理出水水質(zhì)與進水水質(zhì)有關，只有確保一定的進水水質(zhì)時，出水才會達到理想的處理效果。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，可以將去除率提高10%左右，如果要得到相同的去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；不僅可以去除BOD和SS，還可以達到脫氮除磷的效果；設備少，操作管理簡便；低溫有更大適應性等。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)揮去污效果。
目前應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)出高溫優(yōu)勢菌生物膜法處理采油廢水，實驗結(jié)果表明：硫化物的平均去除率98% ；揮發(fā)酚的平均去除率為91% ；COD平均去除率為68% ；氨氮平均去除率為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，同時進行去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)。龔爭輝應用接觸氧化工藝對采油廢水進行了現(xiàn)場的實驗研究，廢水中的COD和油的去除率分別為42．2% 和89．3% ，最后出水能達到排放標準。
接觸氧化法除了可以降低COD，還可以用于去除氨氮，尤其適合應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，硝化細菌是優(yōu)勢菌，能同時有效去除氨氮和COD引。接觸氧化法可以克服活性污泥法容易污泥膨脹和超標排放的缺點，具有有機負荷高、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去除效果。接觸氧化法多用于深度處理含油廢水，其技術(shù)關鍵在于對進水可生化性的控制。
2生物修復技術(shù)
生物修復(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。生物修復的概念最初來源于微生物對環(huán)境污染的治理，至今許多文獻仍沿用bioremediation一詞，專指微生物修復，通常將其分為廣義的生物修復和狹義的生物修復。
2.1微生物修復
石油污染土壤的微生物修復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)。可以降解石油的微生物主要包括細菌、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。細菌和酵母菌是水生生態(tài)系統(tǒng)中占據(jù)主導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菌。
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)量較少，細菌數(shù)量較多但是類群沒有真菌豐富；細菌以革氏染色陰性桿菌為優(yōu)勢，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、小克銀漢菌屬占優(yōu)勢。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優(yōu)勢。潘峰利用篩選得到的10株酵母菌組成復合酵母菌系統(tǒng)，并將該復合菌系統(tǒng)接種到泥漿反應器中對模擬油泥樣品進行了處理，發(fā)現(xiàn)復合酵母菌在反應速度和油去除率上都優(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”中的殘油平均去除率為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到85%。Sanjeet Mishra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行修復，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%。DING KEQIANG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高于鐮刀菌石油降解率。
2.2生物修復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重的危害，目前許多國家已頒布相關法規(guī)，采取相應的防護措施，同時也在積極開展有關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、生物修復法等。其中生物修復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)合法、生物反應器法等。
2.3生物注射法
該方法是在傳統(tǒng)氣提技術(shù)的基礎上加以改進形成的新技術(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生物降解，提高修復效率。
2.4有機粘土法
該方法是利用人工合成的有機粘土有效去除有毒化合物，帶正電荷的有機修飾物、陽離子表面活性劑通過化學鍵鍵合到帶負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，從而去除或進行生物降解。
2.5抽提地下水系統(tǒng)和回注系統(tǒng)相結(jié)合法
該方法是將抽提地下水系統(tǒng)和回注系統(tǒng)(注入空氣或H2O2、營養(yǎng)物和己馴化的微生物)結(jié)合起來，促進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，采用此方法修復的環(huán)境，可明顯促進生物降解。
2.6生物反應器法
該方法就是將地下水抽提到地上部分用生物反應器加以處理的過程，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在地面生物反應器內(nèi)對其進行好氧降解，生物反應器在運轉(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在回灌過程中加入營養(yǎng)物和已馴化的微生物，并注入氧氣，使生物降解過程在有氧狀態(tài)下，在土壤及地下水層內(nèi)加速進行。
三、發(fā)展趨勢
隨著石油工業(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顯著增加。因此石油污染土壤與水體的修復迫在眉睫。
在現(xiàn)有的修復技術(shù)中，物理化學修復存在著一定的局限性，很難達完全達到修復要求，主要表現(xiàn)在修復效果不徹底且容易造成二次污染。盡管石油污染土壤與水體的生物修復技術(shù)也還不太成熟，但是目前已有的研究結(jié)果和應用實踐表明，生物修復技術(shù)是可行的，且具有費用低、環(huán)境影響小、應用范圍廣的優(yōu)點，適合我國的基本國情。環(huán)境科學界普遍認為，生物修復技術(shù)比物理和化學處理技術(shù)更具有發(fā)展前途，它在土壤與水體修復中的應用價值是不可估量的。生物修復技術(shù)應用于受污染土壤與水體雖然已經(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)是暗箱操作得到的，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；生物修復技術(shù)對某些污染物質(zhì)的降解特性、在環(huán)境中的適應性以及成本效益等因素尚沒有研究清楚，這些都導致生物修復技術(shù)效率較低、所需時間較長。為克服這些缺點，應該強化生物修復技術(shù)與其他修復技術(shù)的聯(lián)合使用，以擴大該技術(shù)的應用范圍并不斷降低其處理成本。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鍵降解酶，并借助遺傳工程技術(shù)，通過降解質(zhì)粒或基因螯合來獲得降解能力與抵抗惡劣環(huán)境能力更強的基因工程菌，從而大大提高石油污染土壤與水體的修復效率，縮短修復時間。
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