石油污染土壤的生物修复

李辈辈

（上海亚新建设工程有限公司，上海 200436）

目前，石油已经是人类最主要的能源之一，得到了大规模的开采。但是在石油开采、运输和使用过程中，石油泄漏事故时有发生，给生态环境和人类健康造成了严重危害。特别是石油开采过程产生的落地原油，已成为土壤污染的主要来源。据统计，现在每年世界石油总产量约3×1010t，约有近800万t的石油污染物进入环境，其中大部分进入到了土壤中[1-2]。石油烃进入土壤后的危害主要有三方面：一是产生大量的石油污泥，由于其特殊的物理化学性质及其难以去除且残留时间长的特点，不但可以改变土壤的理化性质和有机质机构组成，破坏土壤结构及土壤微生物和植物的生存环境，还可能通过食物链传递到动物和人体内，影响其肝、肾等器官的正常功能，甚至引起癌变；二是部分迁移性强的石油烃（如苯、甲苯、二甲苯等）进入土壤后会随土壤水分到达地下含水层，从而污染地下水；三是部分挥发性强的石油烃进入土壤后会向空气挥发扩散，从而影响空气质量，进而影响人体健康[3]。

当前处理石油污染土壤的方法主要有物理法、化学法、生物修复技术以及联合修复技术。物理和化学方法虽然见效快，但从经济和环境的角度来看成本较高，并且可能对土壤的物理、化学和生物学特征造成潜在的破坏[4]。而生物修复是一种经济、环保、有效的方法，特别是在降低单一或混合的可生物降解物质的浓度方面，能取得理想的效果。污染土壤生物修复技术的主要特点为：成本低于物理及化学方法；不破坏土壤的原有理化性质；处理效果好，经过生化治理，污染物残留量可以达到很低水平；对环境的影响小，无二次污染，生化治理最终产物为CO2、水和脂肪酸，对环境和人类无害；可以原位处理，避免了运输过程中造成二次污染，同时也节约了处理费用[5]。可见生物修复技术是最符合绿色发展的要求，并且在近几年得到了很好的运用。本文主要介绍土壤石油污染的生物修复技术，并对其以后的发展方向作一个展望。

1 石油污染土壤的修复技术

由于石油的流动性大、渗透性强、对土壤黏附作用显著，石油污染土壤具有体系复杂、范围广、治理难、周期长、危害大等特点，所以对于石油污染土壤的治理迫在眉睫。目前石油污染土壤的修复技术主要包括物理修复方法、化学修复方法和生物修复方法。

1.1 物理修复技术

最先应用于石油污染土壤修复的是物理法和化学法。传统物理法有焚烧法、热修复法、换土法、隔离法、机械法等。这些方法对设备要求高，同时也需要人力，因此成本较高，而且没有从根本上解决污染问题，主要是使污染物发生了转移，还需要对污染物进一步处理。目前，一些新兴的物理法成为研究热点。主要有：

（1）电修复法。与传统的土壤修复技术相比，电修复具有人工少、接触毒害物质少、经济效益高、不破坏现场的生态环境等优点，更适合于治理渗透系数低的密质土壤。且当前发现将电修复法与植物修复技术结合可以起到很好的修复作用，Putra等研究表明电修复和植物修复联合可以提高植物体内重金属的富集量[6]。电修复法主要缺点在于对于电荷缺乏的非极性有机污染物，利用电修复技术无法高效去除，且对于不溶性有机污染物需要化学增溶，易产生二次污染[7]。

（2）土壤气相抽提法（SVE）。利用物理方法去除石油污染土壤中挥发性或半挥发性石油组分的一种原位修复技术，具有设备简单、操作灵活、净化效率较高、对周围环境危害小、治理费用低等优点。刘沙沙等在广东省某柴油污染场地开展土壤气相抽提修复示范工程，3个多月后，土壤中TPH的最高去除率达64.88%[8]。

（3）CSP法。即净化土壤工艺，该法用含碳的物料当作吸附物，在强烈搅拌下通过煤表面强力吸附烃基污染物，然后用重选或浮选法将干净的土壤和吸附有烃基化合物的煤分开，达到净化土壤的目的。

1.2 化学修复技术

化学修复技术一般来说对石油污染土壤的修复效果较好，但化学溶剂的二次污染、试剂成本高等问题，在一定程度上限制了化学方法规模化应用。其方法主要有：（1）萃取法，使用有机溶剂对石油污染土壤中的原油进行萃取，然后对有机相进行分离，该法处理工艺复杂，成本高，适合用于高浓度石油污染的土壤；（2）土壤淋洗，是指用不同类型的洗涤剂（如表面活性剂等）洗涤石油污染土壤的方法，其优点是能耗较低、处理周期短、操作简单且可回收洗脱的原油，但其缺点是药剂用量大、易造成二次污染。何泽能等采用曲拉通、平平加、壬基酚聚氧乙烯醚和石油烷基苯磺酸钠等4种表面活性剂处理石油污染土壤，其脱油率最高可达98%以上[9]；（3）化学氧化法，直接向污染土中加入化学试剂，使其与污染物质发生化学反应来实现净化的目的。可单独使用，也可与其他修复技术联合；（4）光催化法，在有O2和催化剂的条件下，利用太阳光能促使石油污染物发生氧化分解。

1.3 生物修复技术

20世纪80年代以后，生物修复技术因为能够使很多污染物降解比较彻底、二次污染可能性小、操作简便及经济性良好、适用于原位和异位修复技术的处理方式等优点，而成为发展速度最为迅猛的治理技术。污染土壤的生物修复技术，是指利用特定的生物（植物、动物、微生物）吸收、转化、降解或清除环境污染物，使污染的土壤恢复健康的生物措施。目前生物修复的类型主要有：植物修复、微生物修复、动物修复及它们之间的联用。

2 石油污染土壤的生物修复技术

目前治理石油经类污染土壤的生物修复技术主要有三类：一是微生物修复技术、二是植物修复技术、三是微生物与植物联合修复技术。

2.1 微生物修复技术

微生物修复技术是指利用土壤中的土著微生物或补充构建的特异降解功能菌分解污染物，修复被污染的土壤的方法。常见的微生物修复方法有：投菌法、土壤耕作法、预制床法、生物反应器法、生物堆法、生物通气法、生物培养法等。

土壤中微生物数量众多，某些微生物如细菌和真菌等对重金属具有吸附、沉淀、氧化还原等作用，从而可降低污染土壤中重金属的生物有效性，达到修复污染的目的。研究表明，目前在自然界中约有包含细菌霉菌放线菌和酵母菌以及藻类和蓝细菌的100余属200多种能降解石油中各种烃类的微生物[10]。姚德明等在厌氧和好氧条件下，从胜利油田含油污泥污染土壤中分离纯化出石油烃降解微生物，通过14d的生物降解过程，石油烃降解率达到了80%以上。陈丽华等[12]研究发现混合菌剂可显著提高石油降解率，当污染土壤中石油含量为50mg/g时，分别添加2%、4%和8%的混合菌剂，48d后的石油降解率分别为68.01%、80.42%和78.47%，而没有添加混合菌剂的石油降解率仅为45.50%[11]。

2.2 植物修复技术

植物修复是利用植物体内对某些污染物的积累、植物代谢过程对某些污染物的转化和矿化，及植物根 与根茎的共生关系增加微生物的活性的特点，以加速土壤污染物降解速度的过程。植物修复机理包括吸附、吸收、转移、降解、挥发等，主要通过植物直接吸收有机污染物，植物释放分泌物和酶、刺激根区微生物的活性和生物转化作用，植物增强根区的矿化作用等3种方式去除环境中的有机污染物。

鲁莽等研究表明，总石油烃在根际土壤体系比非根际土壤消失得更快，在试验进行70d后，非根际与根际土壤总石油烃降解率分别为11.8%和27.4%[13]。董亚明等还研究了芦苇、柽柳、沙枣对石油污染土壤的修复效果，结果表明经过80d的修复，污染土壤中石油烃的去除率可达到26.50%～31.27%，明显高于空白的15.57%～20.34%[14]。另外发现植物之间的联合修复效果较好，Xu等研究了玉米和黑麦草联合种植修复的污染土壤中菲和芘，60d后其去除率分别高达98.22%和95.81%[15]。

在植物修复修复过程中，植物根系是修复的关键，因而使用环境适应性强生长性好并具有较深较发达根系的植物，能有效提高石油烃类有机污染物的修复效果[16]。

2.3 微生物与植物联合修复技术

植物对污染物的去除往往具有选择性，单一植物品种修复复杂混合物石油烃，或者是其他有机或无机复合污染土壤的效果并不显著。所以为了提高降解率，我们在植物处理体系中投加具有特定功能的微生物来改善原有处理体系的处理效果，同时也可以充分发挥微生物的潜力。

Miya等研究表明，植物根系分泌物在根区刺激细菌形成了有机碳，同时根细胞的死亡也增加了土壤中的有机碳，有机碳的增加能有效阻止土壤中石油污染物向地下水转移，还能增强微生物对石油污染物的矿化作用[17]。Zhang等通过种植铺地黍、牛筋草、高羊茅等草本植物以促进土著菌对石油的降解，结果发现种植植物后石油降解速率提高了2.33～3.19 倍[18]。

可见微生物—植物联合修复兼具了微生物修复和植物修复的优点，植物的存在，不仅可为微生物提供生存场所，还提供了氧气；同时，植物根际释放出碳水化合物氨基酸等有效刺激了根系微生物的生长，强化了微生物与植物的联合修复作用，进而促进土壤中有机污染物的降解去除。

3 结论与展望

生物处理法具有费用低、操作简单、修复效果还、对土壤破坏小、无二次污染等优点，被认为具有广泛的应用前景。但生物修复技术也有一定的局限性，很多石油烃类污染物具有疏水性，可强烈得吸附于土壤上，这是生物进行代谢降解存在的主要问题；另外生物修复时其生物很容易受环境影响，从而影响修复效果；同时生物修复技术修复速度慢，周期长，且仅适用于中低浓度污染水平。

目前我们所面临的土壤污染已经不单单仅限于一种污染物，所以对其治理更加困难。生物修复技术作为一种绿色的技术将会是以后发展的热点，但为了克服生物修复的局限，一方面，开发更高效的微生物或植物；另一方面，以后生物修复将更多得和基因工程技术等其他技术联合，以达到更好的修复效果。