炼油污水生化处理会副产大量的剩余活性污泥 (EOAS) , 一般作为含油“危固物”被焚烧或填埋[[11]]。EEOOAASS经过炼油污水的长期驯化, 含有丰富的石油降解菌群, 且有机质与总氮含量也会较高, 焚烧或填埋处理会造成极大的能量损耗与资源浪费[2]。环境污染是石油石化工业高速发展的负面产物之一, 中国存在着严重的土壤石油污染, 因其具有污染物种类多, 潜伏周期长, 扩散面积广, 环境风险高的特点, 如果现在不能有效控制, 未来可能进一步恶化。针对不断增多的石油污染土壤 (PCS) 案例所带来的环境与健康风险, 修复技术在研究与实践中不断改进和创新。热解吸、土壤清洗等异位 (ex-situ) 修复因周期短、见效快而被广泛采用, 但异位修复对土壤原有组成、性质及农业生态功能破坏性较大[3]。发展兼具清洁、节能以及生态友好等特性的微生物原位修复 (in-situ) 技术是未来趋势[4]。为此, 本研究拟将EOAS的综合利用与PCS的微生物原位修复相结合, 利用石油降解菌群加速修复, 利用有机质与氮源营养改善土壤性能。探索一种同步生态化修复PCS并生态化利用EOAS的新途径。
EOAS样品取自辽河石化公司污水场的剩余污泥浓缩池。模拟石油污染的土壤样品取自该浓缩池附近区域的表土层, 自然风干碾碎后过筛去除植物根茎和杂草。模拟污染源之一为原油 (辽河油田超稠油) ;污染源之二为0#柴油, 购自北京昌平区某加油站。
将40g土壤、2g原油或柴油、一定量的EOAS、约5m L的荞麦壳、0.386g尿素、0.101g磷酸氢二钾以及10m L蒸馏水混合均匀后置于培养皿内, 在恒温恒湿箱内 (温度30℃、湿度50%) 进行培养。每组修复实验平行开展三次, 在0d至90d内定期取样分析。土壤样品编号C-PCS表示仅添加原油污染源, D-PCS表示仅添加柴油污染源;编号C+1A-PCS表示添加原油污染源以及1m L EOAS, D+1A-PCS表示添加柴油污染源以及1m L EOAS;编号C+10A-PCS表示添加原油污染源以及10m L EOAS, D+10A-PCS表示添加柴油污染源以及10m L EOAS。
由表1可知, EOAS样品具有很高的微生物FDA活性, 说明存在活性的微生物群落, 具有降解石油类污染物的潜力;而土壤样品本身的FDA活性则相对要低得多。EOAS中有机质与全氮的含量要远远高于土壤基础值, 具有改良土壤的潜力, 值得注意的是石油污染物也会贡献一部分有机质含量。但是EOAS中的含油量, 以及部分重金属 (CuZn) 含量要远高于土壤基础值, 因此EOAS在PCS修复中的投加量要适度控制。通过含油量与有机质含量数据可以判断, EOAS中的有机质主要由微生物有机体所贡献, 石油类污染物对有机质的贡献率非常低。
EOAS修复PCS过程中微生物数量与FDA活性变化趋势见图1。微生物数量与活性在修复初期出现了暂时下降的现象。随着微生物种群结构逐渐达到平衡并适应环境, 微生物开始加速利用混合土样中的碳源与营养, 使得微生物数量与活性显著增加[5]。微生物数量在10-40d内、FDA活性在15-55d内的修复期内均保持了高位, 通过在PCS中添加EOAS可以增加微生物数量与活性。增大EOAS添加量对于改善原油污染土壤中微生物与活性的程度较小, 但是对于柴油污染土壤环境中微生物与活性改善非常明显, 说明碳源类型对微生物功能的发挥非常重要。
EOAS修复PCS过程中的含油量呈持续下降的趋势 (见图2) 。作为空白样的C-PCS在90d修复期内含油量由32209mg/kg降至26615mg/kg。可见在适宜的环境条件下, 土壤中的土著菌群在驯化后也可以利用石油类污染物作为碳源实现17.4%的降解率。通过添加不同量的EOAS, C+1A-PCS与C+10A-PCS在90d修复期内对含油量的降解率仅分别提高至19.4%与20.9%。空白样D-PCS在60d修复期内含油量由41236mg/kg降至28637mg/kg, 降解率达到30.5%。在添加EOAS后, D+1A-PCS与D+10A-PCS在60d内的含油量降解率均可提高至43.4%。轻质含油组分是微生物相对容易利用的碳源, 添加少量EOAS就可以实现微生物接种, 利用相对优质的碳源快速生长并实现对轻质含油组分的降解, 通过增加EOAS改善对柴油污染土壤的修复是没有必要的。
有机质含量与土壤性质密切相关, 是评价土壤肥力的重要指标。但由于石油污染物也会贡献有机质, 因此并不表示有机质含量越高土壤性质越好。随着微生物逐步降解石油污染物及其他可利用碳源, PCS中的有机质含量在EOAS修复过程中缓慢下降 (图3) 。由于轻质石油组分可以被微生物较大程度降解, 增加EOAS用量并不影响修复后柴油污染土壤的最终有机质含量。在添加EOAS后, PCS在修复终点的有机质含量要明显高于原始的土壤样品, 有机质含量明显提高, 但其中有小部分比例由含油量所贡献。氮源含量与植物、微生物的生长关系密切。在EOAS修复PCS过程中, 全氮含量呈持续下降趋势 (图4) , 恒温恒湿箱内是宏观的好氧环境, 但在培养皿内部存在微观的缺氧环境;因此全氮含量可以在微生物的硝化-反硝化作用下有所降低。EOAS投加量对修复后土壤中全氮含量的影响并不显著, 但相对于初始土壤全氮含量已有了明显的提高。
上述实验性探索说明了EOAS具有修复PCS并改善土壤的潜力。在EEOOAASS中石油降解菌群与土壤中本源菌群的共同作用下, 可以降解PPCCSS中的轻质石油组分, 但不能降解PPCCSS中较重的石油组分。在PPCCSS中增大EEOOAASS投加量后, 可以改善轻质石油组分的降解效率, 但对较重石油组分降解的促进效果十分有限。EOAS中丰富的有机质与全氮可为土壤提供适度补充, 但同时也有在PPCCSS中引入外源石油污染物的风险。EEOOAASS修复PPCCSS的最优条件及其负面影响还需要更详细的实验设计进行验证。
摘要：含油剩余活性污泥 (EOAS) 是炼油污水生化过程产生的典型固体废弃物, 但含有丰富的微生物资源、有机质以及营养物质。石油污染土壤 (PCS) 具有较高的生态风险, 但由于缺乏兼具技术与经济性能的修复技术, 使得PCS的规模化修复难以开展。本论文基于“以废治废”的思想, 实验性探索了利用EOAS修复PCS的可行性。研究发现, EOAS中的石油降解菌群发挥了对PCS的修复作用, 降解了>40%的柴油以及>20%的原油;而且可对土壤的有机质与全氮进行补充。
关键词：石油污染土壤,剩余活性污泥,以废治废,修复
[1] 郭绍辉, 彭鸽威, 闫光绪, 等.国内外石油污泥处理技术研究进展[J], 现代化工, 2008, 28 (3) :36-39.
[2] 赵虎仁, 苏燕京, 叶艳, 等.石油炼厂含油污泥无害化处理初步研究[J], 石油与天然气化工, 2003, 32 (6) :396-398.
[3] Faisal I.Khan, Tahir Husain, Ramzi Hejazi.An overviewand analysis of site remediation technologies[J].Journal of Environ-mental Management, 2004, 71:95-122.
[4] 丁克强, 孙铁珩, 李培军.石油污染土壤的生物修复技术[J].生态学杂志, 2000, 19 (2) :50-55.
[5] 徐金兰, 黄廷林, 唐智新, 等.高效石油降解菌的筛选及石油污染土壤生物修复特性的研究[J].环境科学学报, 2007, 27 (4) :622-628.
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