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微生物处理含油污泥主要影响因素研究 顾岱鸿 1 慕立俊 2 李斌 2 谢辉 3 1. 中国石油大学 北京 ， 北京 102249; 2. 中国石油长庆油田采油一厂， 陕西 延安 716000; 3. 北京众博达石油科技有限公司， 北京 102200 摘要 污泥含油量和微生物接种量是影响微生物去除土壤中的石油污染物效果、 时间和成本的主要因素。以安塞油田 地面污泥为样本， 在确定污泥物理化学性质的基础上， 通过试验给出了不同污泥含油量和不同微生物接种量对降解速 率影响的关系曲线， 根据试验结论， 综合考虑处理周期和成本， 确定待处理污泥的含油量上限为 8 ， 最佳微生物接种 量为 6 。按此条件进行现场施工， 经过100 d的降解， 污泥含油量降至 1 以下， 达到国家环保排放标准。 关键词 微生物; 降解; 含油污泥 RESEARCH ON MAIN INFLUENCING FACTORS OF MICROBES TREATMENT OF OIL POLLUTED SOIL Gu Daihong1Mu Lijun2Li Bin2Xie Hui3 1. China Petroleum University， Beijing 102249， China;2. No. 1 Oil Production Plant， Changqing Oil Field， Petrochina，Yan’ an 716000， China;3. Polydoctor Petroleum Technology Co. ， Ltd， Beijing 102200， China AbstractHydrocarbon concentrations and application rate of microbes are the two main factors for the effect，time and cost of microbes treatment. Based on the physical and chemical properties of samples of the contaminated soil from Ansai Oil Field， relation curves of the effect of varied hydrocarbon concentrations，microbes application rate on degradation rates were presented. Considering the cost and treatment period，the upper limit of 8 of hydrocarbon contaminant and 6 dilution of microbes concentrated solution are optimum parameters for the contaminated soil. The on-site program conducted under the criteria shows that hydrocarbon concentration in the soil was degradated below 1 after 100 d， which can meet the national emission standards. Keywordsmicrobe;degradation;oil contaminated soil 0引言 在石油勘探、 开采、 运输、 加工及储存等过程中都 可能造成一系列的污染土壤事件， 若处理不当会对环 境产生严重污染 ［ 1- 4］。目前国内外处理含油污泥的技 术很多 ［ 5- 6］， 其中能够处理彻底、 操作简单没有二次污 染的是微生物法， 其原理是采用特殊筛选的微生物在 有氧 条 件 下 将 污 染 土 壤 中 的 烃 类 分 解 成 CO2和 H2O， 并恢复土壤的特性， 达到复耕要求。该方法充 分利用自然界原生菌， 通过人工驯化、 筛选、 浓缩等技 术后获得的高效菌种， 降解效率高， 对环境和动植物 体没有伤害， 是污染处理技术中最具发展前途的技术 之一。 制约微生物方法推广的主要原因是成本和处理 时间， 成本主要包括菌种成本和施工成本， 处理时间 则受污泥含油量、 含油物性、 气候条件、 土壤养分等多 种因素影响， 其中含油量起主要作用。因此， 根据待 处理污泥的物性特点， 室内确定最佳的微生物接种量 和污泥含油量上限， 是保证现场经济有效实施该项技 术的关键。 1实验室试验 1. 1微生物菌种的确定 本研究所选菌种是复合的芽孢杆菌， 属孢子菌 株， 无毒、 不会病变， 非遗传设计， 其原生菌在世界上 多数土壤里都可以找到， 特点是能消化有机体和烃类 废弃 产 品 的 细 菌， 生 物活性强， 在适宜条 件 下， 每 20 min就繁殖 1 倍， 平均寿命大约为5 h， 死去的微生 物变成新的食物源。当条件不适时， 大部分微生物回 到孢子状态， 有条件时他们又恢复活性。本研究中根 99 环境工程 2010 年 6 月第 28 卷第 3 期 据成本要求将菌种原液分别稀释成 3 和 6 两种质 量分数对含油污泥进行接种。 1. 2含油污泥物理化学性质分析 含油污泥的物理化学性质是影响微生物降解的 重要因素之一， 尤其是其含油量、 化学组成、 粒度分 布、 重金属含量等。污泥样品取自安塞油田采油一厂 落地污油泥。采用重量法 ［ 7］确定污泥含油量 TPH， 即总石油烃含量 ［ 8］在 9 ～ 47 ; 采用燃烧法确定 污泥的主要污染物为原油 ［ 9］， 污泥矿物组成经 XRD 相分析显示矿物成分主要为方解石， 含量在 80 以 上， 与开采层胶结物的主要成分相一致， 同时含有少 量食盐、 重晶石、 石英砂以及针铁矿等 ［ 10］。重金属离 子 如镉、 铅等 含量均低于国家农用污泥中污染物 控制标准 ［ 11］， 不会对微生物产生伤害。污泥颗粒粒 度要在 20 ～ 80 目， 粒径分布 100 目以下的累积含量 占 85 以上， 相对均匀， 不需进行筛选处理。该污泥 适宜采用微生物对污泥中的原油进行降解。 1. 3试验方法 因污泥含油量相对较高， 故试验在相同温度、 湿 度、 pH、 营养物质比例控制条件下， 加入不同比例鲜 土掺混稀释得到 TPH 为 4. 57 、 8. 33 、 11. 60 的 3 种样品， 编号分别为样品 1、 样品 2、 样品 3， 分两组分 别喷洒质量分数为 3 和 6 的微生物处理液进行对 比试验， 确定污泥含油量和微生物处理液浓度对降解 时间的影响程度。 1. 4含油量对降解率的影响 图 1 为 3 个样品在接种 3 条件下的降解情况 比较图。接种后5 d内含油量降解幅度很小， 降解率 均低于 4 。5 d后含油量降解幅度显著增加， 2 d内 上升了近 6 ; 随着时间变化， 微生物降解速度急剧 增加， 60 d后， 样品 1 的含油量已降至 1 左右; 100 d 后， 样品 2 的含油量也降至 1 以下， 148 d后样品 3 的含油 量 降 至 1 以 下， 均 达 到 安 全 排 放 或 复 耕 标准。 图 2 为 3 种不同含油量样品接种 6 微生物时 的降解图。从图 2 可以看出， 接种4 d后含油量开始 有变化， 1 周后降解幅度显著增加; 45 d后， 样品 1 的 含油量已降至 1 左右; 76 d后， 样品 2 的含油量也降 至 1 以下， 135 d后样品 3 的含油量降至 1 以下， 均达到安全排放或复耕标准。 试验结果可见， 降解率的变化呈现明显的启动、 快速增加和减慢的特点， 其中初始含油浓度越低， 降 图 1不同 TPH 的污泥在接种微生物 3 条件下的降解情况 图 2不同 TPH 的污泥在接种微生物 6 条件下的降解情况 解速率增加越快; 降解时间则随土壤初始含油量的增 加而延长， 含油量降至 1 以下， 样品 1 只需要 2 个 月的时间， 样品 3 品则需 5 个月左右。这是由于在降 解初期微生物的活性低、 数量少， 降解速率相对较慢。 随着其活性增强繁殖速度加快， 微生物数量呈指数增 长， 降解速度迅速增加， 但如果土壤的初始含油量太 高反而会抑制微生物的活性， 从而影响其降解速度; 到后期， 随着含油量的降低， 微生物缺少充足的食物 来源， 一部分微生物会死亡， 从而降解速率下降。 1. 5接种量对降解率的影响 将相同 TPH 的样品分别接种 3 和 6 的微生 物如图 3 和图 4， 发现对于不同的 TPH， 降解率都存 在相同的趋势， 即降解初期接种量对降解率的影响并 不明显， 但 2 周以后接种 6 的样品降解率则明显高 于接种 3 的样品， 并且差距随时间推移加大。微生 物的密度决定了微生物的繁殖速率， 微生物的数量一 般呈指数形式增长。相同时间内， 接种量大的样品中 微生物的数量增加速度明显高于接种量小的， 新陈代 谢速度愈快， 其对原油的降解速率也愈快， 所需周期 愈短。 2现场试验 考虑气候因素， 确定安塞地区微生物施工的最佳 气候条件在 610 月， 处理时限大约在120 d左右。 采用 6 的接种量， 处理 TPH 为 8 样品达标时间为 76 d， 考虑处理成本和温差变化， 时间上留有余量。 001 环境工程 2010 年 6 月第 28 卷第 3 期 图 3样品 1 的降解率随时间变化关系 图 4样品 2 的降解率随时间变化关系 因此选用质量分数为 6 的微生物处理液， 掺土使污 泥含油量降至 8 的施工方案较为合适， 这样既可以 减少掺土工作量和占地， 又可以在规定的时间内达到 处理目标。2008 年 6 月， 分别利用杏 58 － 20 和坪 38 － 32两个井场对收集来的污泥进行规模化处理。 2. 1场地设计及建设 根据现场情况设计一定面积的污泥处理场地， 利 用井场原有资源规划灌溉等设施。 处理池应有 1的倾斜， 以利于排水， 同时四周建 立土堤控制雨水和湿度。采用水管浇注的形式， 以保 证处理过程中土壤的湿度， 确保微生物处理的最佳 条件。 2. 2现场污泥处理程序 根据原污泥含油量掺混一定比例土壤， 使混后的 含油量不超过 8 ; 将污泥尽可能破碎， 混匀， 以利于 降解; 将混匀后的土壤铺成厚度为0. 3 m的土层; 喷 洒已稀释的微生物试剂; 2 ～ 3 d检测。并根据监测情 况调节土壤的湿度、 pH 和营养比例等。 2. 3现场污泥降解情况 坪 38 － 32 和杏 58 － 20 井场污泥经掺混后， 含油 量分别为 6. 70 ， 7. 47 ， 接种 6 d 后油污含量开始 降低， 但降解幅度较小; 之后降解速度明显增加， 微生 物降解幅度呈指数形式增加; 3 个月后， 降解率分别 为 77. 31 ，81. 26 ，含 油 量 分 别 降 至 1. 52 ， 1. 4 ， 10 月底， 取样检测， 土壤的含油量均已降至目 标要求 以 下 坪 38 － 32 为 0. 68 ， 杏 58 － 20 为 0. 55 ， 达到复耕要求。 3结论 1 微生物处理含油污泥需要根据污泥的性质确 定接种量和处理时间。从成本方面考虑， 结合处理周 期等因素， 得出污泥含油量的上限为 8 左右， 接种 微生物量上限为 6 较为合适。 2 微生物在降解含油污泥的过程中还受土壤酸 度、 温度、 湿度、 供氧、 营养及土壤含油量等诸多因素 的影响， 处理前需要做好样品分析和现场场地建设及 季节选择。 3 微生物降解污油泥具有成本低、 处理程序简 单、 处理效果彻底且无二次污染等优点， 在规模化施 工， 降低操作成本的基础上， 可以推广应用。 参考文献 ［1 ］ 车雄伟， 易绍金. 油污土壤的生物处理技术及其影响因素分析 ［J］ . 油气田环境保护， 2003， 13 2 31- 33. ［2 ］谢飞. 洗 涤法处理含油土壤的研究［J］ . 油 气 田 环 境 保 护， 1997， 5 1 5- 9. ［3 ］ 张兴儒， 张士权. 油气田开发建设与环境影响［M］ . 北京 石油 工业出版社， 1998 129- 148. ［4 ］ Scherer D. 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