探讨石油污染土壤微生物技术研究毕业论文.docx

1、探讨石油污染土壤微生物技术研究毕业论文 毕业论文（设计）探讨石油污染土壤的微生物技术研究摘 要随着我们中国社会的不断发展，能源和环境问题成为了我国社会经济发展过程中所面临的突出问题。石油对土壤的污染主要是来源于在石油勘探、开采、运输、储存、加工以及生产过程，而石油开采工作过程中的落地原油受到地球的吸引，在毛细血管力的作用下沿土壤深度方位迁移并出现平面扩散，因此在油井区域的周遭大部分面积的土壤会更容易受到石油的污染。对于石油污染土壤的处理问题可利用微生物修复技术进行解决。本文是以探讨石油污染土壤微生物修复技术的生物强化和生物刺激为主要研究内容，通过收集国内外前人研究成果，归纳总结石油污染土壤微生

2、物修复技术的修复类型；归纳整理影响石油烃降解菌修复率的因素；探讨从实验成果中带来现实生活的实际效应，为进一步研究提供参考。关键词：石油污染土壤；微生物修复；生物强化；生物刺激AbstractWith the continuous development of Chinese society, energy and environmental problems have become prominent problems in the process of Chinas social and economic development.The pollution of oil to the soi

3、l is mainly from oil exploration, mining, transportation, storage, processing and production processes. The crude oil in the process of oil exploitation is attracted by the earth, and there will be plane diffusion along the depth of the soil under the action of capillary force,so most area of the so

4、il around the well area will be more easily polluted by oil. Microbial remediation technology can be used to solve the problem of oil contaminated soil.This paper mainly discusses the biological enhancement and biological stimulation of the microbial remediation technology of petroleum contaminated

5、soil. By collecting the previous research results at home and abroad, this paper summarizes the types of microbial remediation technologies of petroleum contaminated soil. The factors affecting the recovery rate of petroleum hydrocarbon degrading bacteria were summarized. This paper discusses the pr

6、actical effects from the experimental results and provides reference for further research.Key words：Petroleum contaminated soil; Microbial remediation; Bioaugmentation; Biological stimulation1 引言.11.1 研究背景.11.2 研究意义.12 石油污染土壤的概况.32.1 石油污染土壤的危害.32.2 国外石油污染土壤的研究现状.32.3 国内石油污染土壤的研究现状.63 研究技术.83.1 石油污染土

7、壤的微生物技术.83.2 微生物修复技术中的生物强化.83.3 微生物修复技术中的生物刺激.93.4 微生物修复技术中的生物强化生物刺激联合修复技术.9探讨石油污染土壤的微生物技术研究1 引 言1.1 研究背景石油(Petroleum)作为我国一种重要的能源，被称为“工业血液”，被广泛应用于人们的日常生活中的各个行业。而我国的石油资源集中分布在八大盆地，分别位于柴达木、准噶尔、珠江口、渤海湾、松辽、塔里木、鄂尔多斯以及东海1，勘探开发的油田区域已有四百多个,所包含的油田区域将近二十万平方千米。目前为止，每年我国乃至全世界的石油生产总量都会超过三十亿吨2-3。在我国的石油产业中，进行对石油的包装

8、过程中会有石油泄漏等事故，如在石油勘探、开采、运输、储存、加工以及生产中其他等操作都会造成石油的泄漏和溢出4。这些石油应尽可能回收，以免过度浪费，但有时尽力回收，剩余的部分石油还是会对我们生态环境、农业生产和人民的身体健康等造成影响。因此，解决石油污染土壤已成为我国的迫切要求。面对石油污染(oil pollution)可利用微生物修复技术恢复受污染土壤的生物地理群落5。正因为石油开采过程中的事故会使油田区域的土壤受到的石油污染更加严峻，并且石油有着黏度大，污染范围广，程度深等特点，会使油田区域等受污染场所的石油很大强度的汇集起来，土壤的环境自净能力由此下降，土壤环境容量降低，因此选择适宜、高效

9、、安全的微生物修复手段和技术。修复受油污染的土壤有许多的办法，在早期修复历史中学者们选择的多是物理修复和化学修复。而如今学者们发现了更好的修复技术：微生物修复技术，选择微生物来修复石油污染。相较于物理修复和化学修复，微生物修复有着成本低，高效性和多样性等特点，受到了国内外学者们的欢迎6。本篇重点分析整理微生物修复技术中的两大项：微生物生物强化(bioaugmentation)和生物刺激(biological stimulating)，这两种类型。总结归纳影响修复率的因子，展望未来在是生活中带来的实际效应。1.2 研究意义在我们生活的环境中普遍存在能降解石油烃(petroleum hydroca

10、rbon)的微生物，许多微生物(microorganism)有以石油烃为唯一碳源(carbon source)和能源(energy source)而生长的能力7。目前我国已经发现一百多个属、两百多种微生物,分属于细菌、放线菌、霉菌、酵母和藻类8。目前研究表明，我们所用到能够降解石油烃的微生物主要是细菌(bacteria)和真菌(fungi)9。为解决石油污染土壤这一难题，微生物修复技术能很好的帮助我们，因为受污染的土壤中的石油烃被微生物降解时，在微生物和石油烃间会产生酶促反应，并且会出现氧化还原、脱羧、脱氨、脱水等作用，所以正是因为这些作用，使得微生物在降解石油时更加的高效，快捷7。而且微生物

11、繁殖生长迅速、种类多、容易变异等特点使它能够以最快的速度融入外界环境的改变方式，使微生物在治理石油污染的土壤上有着更高效的降解能力，且在环境治理的能力更显价值，又阻遏了二次污染的遗漏7,10。2 石油污染土壤的概况2.1 石油污染土壤的危害石油是地质勘探的主要对象之一，是气态、液态和固态的烃类混合物，具有天然的产状11。石油以氢与碳构成的烃类(hydrocarbon)为主要成分，按照烃类组成可分成胶质、沥青质、芳香烃及饱和烃12。而在不同温度下，石油中的馏分(fraction)对生物的影响也各不相同。且具有本大危害。危害体现在这几个方面：（1）当石油物质进入到土壤内部，会改变土壤中微生物、土壤

12、动物、分泌物、土体中植物残体和植物分泌物等的组成和结构，引起土壤碳氮比与碳磷比的变化13。另外由于土壤密度小，黏性大，当石油物质进入土壤，容易造成空隙堵塞，从而使土壤通透性下降,土壤的三相(three-phase)结果遭到破坏14-15。（2）土壤中的石油的馏分在低温度下会挥发到空气中，当动物触及到这些馏分物质会引起肺、肠、胃、肾等多种器官受损，产生中毒症状。目前为止，学者已发现总计两千多种的可以致癌化学物质。而像甲苯(toluene)、二甲苯(xylene)等石油中的这些物质，在人类长时期接触后会产生晕眩 难受、呕吐感的步伐症状16，低沸点温度的燃料油则会使人类产生皮炎、窒息感等。（3）进入

13、土壤的石油，会阻碍土壤上存在的作物品种其生长发育，使其不能正常存活，例如发芽率降低，出苗率不足，结实率不够以及抗毒害病虫害的本事减弱等，并且还会通过人类食物链的渠道逐渐影响人类的健康。另外，吸附力不够的石油物质会随着土壤表面或者作物根系并随着地面降水渗透到地下水，然后通过地下水的流通性17，将石油物质传递到更广泛的外界，会造成我们人类生活上的各个层次的不良影响18。2.2 国外石油污染土壤的研究现状国外美国、英国等国家的微生物修复技术在全球发展前端，在治理石油污染上的历史上较为悠久，在微生物修复上的技术研究也较为完整、系统。现在世界各个国家对利用微生物修复技术治理石油污染土壤的研究都一直在不断

14、地重视，并且关注的进程发展仍在前进 ,相关研究十分活跃。从二十世纪开始，全球大范围对石油进行开拓，九十年代的时候全球的石油消耗量有两千万吨，一百年以来，石油消耗数量早已提高了无数倍19。如今全球的石油总量都会超过三十亿吨2，每年会有超过二十亿吨是陆地油田区域出产的量16。而石油在勘探、开采、加工和运输等途径中所形成的污染问题，以工业发达区域或石油大国尤是。因为石油烃的特性，导致石油物质进入土壤难以清理，为了整治受污染的土地，各个国家花费了巨大的金钱和代价。比如：在八十年代，荷兰为治理受污染场所花费十五亿的美元对土地进行修复；在九十年代末，德国在石油烃污染土地上投入六十亿金钱；九十年代末期，美国

15、也在石油污染土壤方面上投入了很大的资本，花耗了百亿美元，并且是面对政府万个所扶持的“超级基因”名目中。在百年前就已有记载着人们如何通过好氧微生物治理水污染的问题，但是对于生物修复技术整治污染土壤的历史进程也才三十年20。前人研究说过，我们所处的大地下有以有机物作为碳源，无机或有机物作为氮源，甚至因不同生长因素而氧化获得能量的微生物存在，并可以降解受污染土壤中的石油物质21-23，例如：假单胞菌属、节核细菌属、黄杆菌、微球菌属等24。在土壤的生态系统循环中，前面所说的各种微生物在分解石油烃污染物的时候是处于相互存在，相互竞争的状态和角色。要单独认同是某一单一微生物对降解石油烃起到至关重要的说话是

16、错误的25，而是要从宏观上来认同是土壤中整体的生物群落体系起到的一个相互作用的结果。在1972年的时候，Odu在报纸上刊登过土壤中存在39.2%的原油后，土壤的微生物种类明显增加26。在1984年的时候，Pinholt的调查研究提到，在八个月后，受污染土壤中能够分解石油烃污染物的微生物生物群落的数量增加了十多倍，甚至是该土壤中所有生物数量的二分之一27。近年来，学者们仍是在坚持研究如何利用微生物降解石油烃污染物，以达到能尽可能恢复到土壤原来的正常生态状态。在2001年，Monhn28等学者通过异位修复技术，采集北极的冰冻石油，并且收集取样抗寒微生物混合菌进行实验。经过一年的实验，学者将实验初测

17、定的石油浓度降低了20%。2002年的时候Grazyna A29则获取的石油污染土样中通过实验分析，分隔出一种从生降解菌，这对石油污染有明显降解效果，除此之外还可以修复体系中的环境。2004年，Kuiperi30等学者还进行了向受污染土壤中投入恰当的氧化剂和营养元素，经过一定时间的观察记录，发现受污染土壤中的室友降解速率明显提升，内部的微生物群落也有程度增加。国外石油污染土壤的研究现状20世纪八十年代九十年代1972年Odu在报纸上刊登过土壤中存在39.2%的原油后，土壤的微生物种类明显增加。1984年Pinholt的调查研究提到，在八个月后，受污染土壤中能够分解石油烃污染物的微生物生物群落的

18、数量增加了十多倍。石油会影响本土微生物群落的存在。21世纪初2001年Monhn等学者通过异位修复技术，采集北极的冰冻石油，并且收集取样原位抗寒微生物混合菌进行实验。经过一年的实验，学者将实验初测定的石油浓度降低了20%。2002年Grazyna A学者则获取的石油污染土样中通过实验分析，分隔出一种从生降解菌，这对石油污染有明显降解效果，除此之外还可以修复体系中的环境。通过对原位微生物提取菌剂使受污染的土壤得到一定程度的净化。2004年Kuiperi30等学者还进行了向受污染土壤中投入恰当的氧化剂和营养元素，经过一定时间的观察记录，发现受污染土壤中的室友降解速率明显提升，内部的微生物群落也有程

19、度增加。通过投加营养物质、氧化剂等其他物质，刺激土壤中微生物群落的内在，提高微生物强度和活性。2.3 国内石油污染土壤的研究现状被石油污染的土壤会损害自身的构成和组织，减少土壤的通透性，污染在污染场所的作物，如果污染物质进入人体，还会损害我们的健康。因此治理石油污染刻不容缓，而九十年代出现的微生物修复技术是一个前景友好的修复手段，它有着安全，高效，便捷，后续进程好处理等特点。但是我国对此的研究起步较晚，在“十五”时期阶段才有正视，被加入“863计划”31。我国最开始在1978年，由刘期松等学者拉近微生物修复技术的研究，他进行了石油污灌区的微生物生态及降解石油的研究32。在日后的时期，孙铁珩学者

20、对此也进行研究跟进，获得了良好实验结果。在“十五”时期后，通过国家的高技术研究发展计划，我国在研究土壤受污染的问题上获取了许多研究硕果33。在2001年，学者丁克强通过研究，得到了如果我们对受污染土壤经常适当的通气，可为土壤中的微生物提高足够的氧化剂，就此保存土壤pH正常，从中强化了微生物的活性，促进了对石油烃物质的降解。我们对于石油污染土壤选择微生物修复技术，正是它高效的降解功能，并且加上简单的方式便能进一步提高降解效果34-36。前人研究表示，所处自然条件下，被石油污染的土地中所含石油降解微生物群落会大比例增加37。陈箐等学者选定辽河区块油泥作为测定样品，以当地微生物作为菌种进行实验，实验

21、结果表明，当地油泥含有丛种类繁多的微生物类群，具有可从生物强化等技术在原位进行修复土壤的切实性。而不同的微生物对石油的降解率也各不一样，某一微生物对某一石油烃的降解率可能会是最有效的那个。因此我们需要不断研究推进微生物群落对降解石油的数据，找寻不同微生物之间如何促进、竞争，可达到最恰当的搭配来治理石油污染38。国内石油污染土壤的研究现状20世纪末刘期松等学者拉近微生物修复技术的研究，他们进行了石油污灌区的微生物生态及降解石油的研究 , 对灌溉40 50年的石油灌区没有像处于陆地上段土壤那样受污染严重, 主要是因为石油灌溉区具有明显水流系统和所形成的微生物群落 ，使得这块区域有不同于其他地方的优

22、势。灌溉区的土壤受石油污染的程度远低于陆地上的污染土地，告诉我们水流的运转可对原位的实验进行冲刷以及改变当地的微生物群落。2000年陈勇等学者研究堆肥试验，对受污染土壤进行堆肥试验，通过加入降解好的菌株，结果表明，降解菌对堆肥中的多环芳烃有明显的降解作用。将重重实验筛选出的降解菌对石油中存在的多环芳烃进行实验有很好的效果2001年学者丁克强通过研究，得到了如果我们对受污染土壤经常适当的通气，可为土壤中的微生物提高足够的氧化剂，就此保存土壤pH正常，从中强化了微生物的活性，促进了对石油烃物质的降解。通过提高土壤中的空气，提高土壤土著微生物的降解率。2002年章危华学者进行了研究石油污染物的微生物

23、降解实验。用位于包气带土层中污染物进行实验，在研究过程中发现了营养物质水平对降解石油烃的重要性。要提高降解石油烃的降解率可以对污染土壤投加碳、磷、钾等元素。想提高土壤对石油污染的降解率，可以投加微生物所需的营养物质。3 研究技术3.1 石油污染土壤的微生物技术现如今社会石油产业发展越来越好，以至于石油烃污染土壤的现状越来越严重。石油烃存在巨大危害，如何治理石油污染的土壤已成为国家的头疼难题39。而经众多学者的不断研究，微生物修复技术在各种修复技术中脱颖而出，并且以体小面大、高效转化、繁殖能力强、种类多、易培养、代谢强等特点，逐渐引起了广大学者的青睐40。微生物技术的重点便是微生物，而微生物存在

24、与自然界，它们是自然界中不可缺少的生物41。在自然界中细菌、真菌、藻类或者微型原生动物等都可以叫微生物。在现代定义中，则是称为观察不到的微小生物42。微生物污染土壤的过程主要是在适当的条件下利用土著微生物或外源微生物降解石油烃的方法。人为主导的使用微生物进行降解石油污染物质的过程43-44。常见的微生物修复技术包括生物强化、生物刺激、土壤耕作法、生物堆法生物反应器、联合修复法等45。3.2 微生物修复技术中的生物强化生物强化是指通过添加细菌或古菌来提高石油污染土壤中的生物降解速度的过程46。简单来说，就是将选定的具有强力降解能力的菌株投加进受污染的场所，通过高效的降解去除污染石油烃的过程。目前

25、我国已发现一百多个属，两百多个种能降解石油烃，在其中能够降解石油烃的属一共有二十八个属，主要包括假单胞菌属、节杆菌属、产碱杆菌属、棒状杆菌属、黄杆菌属、芽孢杆菌属、微球菌属、微杆菌属等47-49。通过投加优质菌剂、营养物质或者适量的空气等对原位微生物进行强化，从而提高降解能力，促进修复，降低受污染浓度。而我们选定的高效降解菌是生物强化这条线上的枢纽，进行的过程有50：从石油污染土壤中获取样本土壤，进而分离出适合菌株；通过对比实验，挑选出降解能力强的菌株；在反复对选出的菌株进行人工驯化；在进一步挑选菌株；最后得到降解能力最合适的菌株，并进行繁殖培育。在通过来源分类，可分为外源微生物和原生微生物5

26、1。外源微生物是一般从土壤中先行分离，在经过筛选培育，后大量生产，往土壤内添加，并解决石油污染问题。但是因为投加的是外源微生物，在进行强化过程会和原生微生物相碰撞，有几率无法实现优质的融合，造成所属外源微生物的高效降解菌无法存活的问题。原生微生物则是污染场所当地的微生物，筛选后的原生微生物对原污染场所有较强的适应能力，会带来更高效的降解速率，适宜的修复受污染区域。3.3 微生物修复技术中的生物刺激在油类污染修复过程中，生物刺激通过添加氧化剂、碳源以及营养物质等物质可刺激土壤微生物的强度和活性，从而提高油类污染土壤的微生物降解率。由于微生物对石油污染的降解能力极大，该方法在生物修复工程中得到了广

27、泛的应用52。在做实验中如果投加碳源，可加入玉米淀粉、玉米粉、可溶性淀粉和葡萄糖等。营养物质则有过氧化氢、过碳酸钠、碘等。营养物质也可加入肥料中的氮、磷、钾等。3.4 微生物修复技术中的生物强化生物刺激联合修复技术现如今的研究中，生物强化和生物刺激也可以进行结合，做到你中有我，我中有你，通过两相配合对微生物所处环境进行有效调节，同时对受污染土地投加原生微生物的高效降解菌、优质菌种，让其在更短的时间内，更有程度的去除受石油污染的土壤中的石油烃，从而达到更快、更安全、更效率的降解。Soleimani （2013）学者等通过生物强化生物刺激联合修复技术对对选着的受污染土地的土壤进行修复，通过实验结果

28、对比选择生物强化生物刺激修复方法修复的土壤和只进行时间按序过程自身降解修复的土壤作对比，发现结果生物强化生物刺激联合修复的土壤降解率在百分之五十甚至更高，而只进行时间按序过程自身降解修复的土壤却还只有2%27%，这说明了生物强化和生物刺激相结合的修复技术同样可以更好的降解石油烃53。 4 石油污染土壤的实验研究过程4.1石油污染土壤的生物强化技术孔令姣学者（2007）采取生物强化的方式进行实验，选择外源微生物，实验采取重量法，萃取溶剂选择石油醚，将选择的四种菌株进行搭配组合，对比单一菌株和混合菌株的效果如何。实验是设为每组三个相同因子一共五组的平行实验，且是单纯投菌实验。实验首先测定所用四种菌株的石油降解率，以及搭配不同配比的混合菌剂的石油降解率。通过实验测验出最好的菌剂，并实验混合菌剂筛选出最适合恰比的菌剂。由于本身土壤就会存在微生物，土壤动植物等生物，在实验开始石油污染物就会被吸附降解和转化54-55。三天后这些过程会达到均衡状态56。所以静置三天后开始测定石油烃，为精准计算石油降解率。最后通过四十天的加菌强化实验，得出数据最好的菌剂。乔俊等（2010）通过实验为添加营养物质可为石油污染土壤治理进一步提供解决问题的方案，且证明此法是可行的。实验