CN106190891A - 基于过硫酸钠复合物氧化与微生物菌群生物强化联合处理重度石油污染土壤或油泥的方法 - Google Patents

基于过硫酸钠复合物氧化与微生物菌群生物强化联合处理重度石油污染土壤或油泥的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于过硫酸钠复合物氧化与微生物菌群生物强化联合处理重度石油污染土壤或油泥的方法，先利用过硫酸钠复合物作为氧化剂与表面活性剂配合使用对污染土壤或油泥进行氧化处理，之后连续两次接入芽孢杆菌(Bacillus sp.)和枝顶孢霉菌(Acremonium sp.Y0997)或黄孢原毛平革菌(Phanerochaete sp.F0996)的混合菌群，通过化学氧化与真菌‑细菌菌群生物序列强化联合对土壤或油泥进行强化联合处理，可显著提高了重度石油污染土壤或油泥的降解效率，并可大大缩短修复周期。

Description

基于过硫酸钠复合物氧化与微生物菌群生物强化联合处理重 度石油污染土壤或油泥的方法
技术领域
本发明属于重度石油污染土壤或油泥的化学与生物修复技术领域，具体涉及对油田开采区利用化学氧化与真菌-细菌菌群生物强化强化联合处理重度石油污染土壤或油泥的方法。
技术背景
目前，随着国内外石油工业的发展，石油污染土壤范围正在不断扩大。对于石油污染土壤进行处理，使其在较短的时间内达到恢复利用的效果，是石油污染土壤治理过程中亟待解决的问题。对于污染物的处理，选择哪些方法最适宜，除了要考虑处理污染物所在地点、污染物量的多少，处理效果的好坏、所需时间的长短和处理的长短等技术因素外，处理费用的高低是一个十分重要的因素。
近年来，生物修复技术在国内外都得到了较快的发展，一批具有特殊生理生化功能的植物、微生物应运而生，推动了生物修复技术的进一步的应用与发展。在石油污染土壤的治理过程中，一方面要进一步完善生物修复技术，使其成熟化和***化；另一方面要注意与传统方法的结合，发挥各自的优点。
目前国内外对石油污染的处理的手段比较单一，主要采用的单一的修复技术，单一的生物修复或单一的化学方法。单一的生物修复技术虽然对环境友好，然而生物在抗逆性环境中的适应期往往较长，因此在亟待解决的污染区域处理并不佳。因此为能使修复功效更为满意，修复结果更为彻底，迅速的反应的化学修复方法必不可少的。化学处理修复技术能否成功应用首先在于合适的处理剂的选择。目前常用的化学处理剂有过氧化氢、高锰酸盐、Fenton试剂、类Fenton试剂及活化过硫酸盐等。此外，Watts等(1999)报道了很强的处理条件、过量的H2O2可通过产生另外的自由基提高吸附的有机污染物的解吸和处理，Dadkhah&Akgerman(2006)指出使用亚临界水作为去除介质和过处理氢作为处理剂，三十分钟实验后液态中没有PAHs可被检测到。国外现行的公司，如REGEBESIS和I-ROX也在集中于化学处理降解地下水污染的研究。但是，化学处理技术也有其局限性，例如在处理降解过程中，处理剂会对土壤中的其它有机质进行处理并且改变了土壤中的吸附结构，以及生物可利用性，不利于植物和微生物的生长，不能和生物修复技术有效结合使用。
为进一步提高修复的效率，解决化学氧化和生物处理之间的衔接技术问题，本发明提出了一种基于过硫酸钠氧化处理和菌群生物强化策略的联合处理技术，以期对重度石油污染土壤或油泥进行高效处理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于过硫酸钠复合物氧化与微生物菌群生物强化联合处理重度石油污染土壤或油泥的方法，该方法可以极显著地提高重度石油污染土壤或油泥的处理效率，且可以大大缩短处理周期，综合了过硫酸钠氧化处理底物选择性低、高效、周期短以及菌群生物强化处理温和、转化产物对环境友好的诸多优点，可在污染土壤或含油污泥污染现场原位或异位处理重度石油污染土壤或油泥。
本发明所涉及的生物强化联合处理方法是使用芽孢杆菌(Bacillus sp.)与枝顶孢霉菌(Acremonium sp.)或黄孢原毛平革菌(Phanerochaete sp.)的真菌-细菌菌群固体菌剂接入重度石油污染土壤或油泥中。
本发明所涉及的菌分别为芽孢杆菌、枝顶孢霉菌和黄孢原毛平革菌，其中：芽孢杆菌Bacillus sp.，菌株保藏号CCTCC NO:AB 2014248，属于已知固体菌剂，该菌菌落呈乳白色，菌落圆形，表面光滑、凸起，边缘整齐，背面颜色与正面一致，无色素分布。枝顶孢霉菌Acremonium sp.Y0997，菌株保藏号为CCTCC NO:M 2016117，保藏单位是中国典型培养物保藏中心，地址：中国武汉武汉大学，邮编：430072，保藏日期是2016年3月14日，该菌菌落呈白色，菌落圆形，背面奶油色至赭黄色，菌丝无色，光滑且具隔膜，孢子囊梗直接从菌丝上长出，呈锥形多单生，分生孢子无色，光滑，形成簇状或链状，长纺锤形，两头尖，未见厚垣孢子。黄孢原毛平革菌Phanerochaete sp.F0996，菌株保藏号为CCTCC NO:M 2016116，保藏单位是中国典型培养物保藏中心，地址：中国武汉武汉大学，邮编：430072，保藏日期是2016年3月14日，该菌菌落白色，圆形，背面无色，菌落仅有少量凸起；菌丝为无色，蓬松棉絮状，随着培养时间的延长，绒毛状凸起逐渐变平，菌丝消失，形成粉末孢子。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案由以下步骤组成：
(1)采集重度石油污染土壤或油泥置于处理池中，将其敲碎、混匀，或直接将污染现场的重度石油污染土壤或油泥敲碎、混匀；
(2)将过硫酸钠复合物作为氧化剂按8～15g/kg的比例加入经步骤(1)处理的土壤或油泥中，并加水至土壤或油泥的含水率达15～30％，混匀，氧化处理10～20天；
(3)向步骤(2)处理后的土壤或油泥中分别接入培养好的芽孢杆菌与枝顶胞霉菌的混合菌剂或者芽孢杆菌与黄孢原毛平革菌的混合菌剂，芽孢杆菌和枝顶孢霉菌或黄孢原毛平革菌的接种量均为15～25g/kg，再加入有机肥料，有机肥料的添加量为800～1200mg/kg，混匀，将污染土壤或油泥的表面用塑料薄膜覆盖，通气，维持土壤或油泥的含水率稳定，在15～35℃下，现场处理10～20天；
(4)向步骤(3)处理后的土壤或油泥中再次接入等量培养好的芽孢杆菌与枝顶胞霉菌的混合菌剂或者芽孢杆菌与黄孢原毛平革菌的混合菌剂，重复步骤(3)的操作，在15～35℃下，现场处理20～30天，完成处理。
上述过硫酸钠复合物按8～15g/kg的比例接入经步骤(1)处理的土壤或油泥中，再加入生物或无毒表面活性剂，表面活性剂的添加量为1200～1600mg/kg，并加水至土壤或油泥的含水率达15～30％，混匀，氧化处理10～20天；
上述过硫酸钠复合物由过硫酸钠、过氧化钙和硫酸亚铁以5:0.5:2.5的摩尔比混合制成。
上述枝顶孢霉菌的名称为Acremonium sp.Y0997，菌株保藏号为CCTCC NO:M2016117，保藏日期为2016年3月14日，保藏单位为中国典型培养物保藏中心；黄孢原毛平革菌的名称为Phanerochaete sp.F0996，菌株保藏号为CCTCC NO:M 2016116，保藏单位是中国典型培养物保藏中心，保藏日期是2016年3月14日。
上述芽孢杆菌的活菌含量为4.0×109～6.0×109CFU/g，枝顶孢霉菌的活菌含量为7.2×109～8.5×109CFU/g，黄孢原毛平革菌的活菌含量均为7.2×109～9.0×109CFU/g。
上述重度石油污染土壤或油泥的总石油烃起始含量为100000～170000mg/kg土壤或油泥。
本发明基于过硫酸钠复合物氧化与微生物菌群生物强化联合处理重度石油污染土壤或油泥的方法，其是先经氧化剂和表面活性剂配合进行化学氧化处理后再连续两次接入芽孢杆菌和枝顶孢霉菌或黄孢原毛平革菌的混合菌群进行序列生物强化修复，将化学氧化技术与真菌-细菌菌群的序列生物强化修复技术结合，能够极显著地的提高TPH的降解效率，并且大大缩短了修复周期，综合了过硫酸钠氧化处理底物选择性低、高效、周期短以及菌群生物强化处理温和、转化产物对环境友好的诸多优点，可在污染土壤或含油污泥污染现场原位或异位处理重度石油污染土壤或油泥。对原油质量浓度高达17％的重度石油污染土壤或油泥的处理效果明显，试验结果表明：处理10～20天后，土壤或油泥中TPH降解效率为30％～50％，对其中轻链与重链组分的降解效率均达到了35％以上，分别为38.53±1.06％、42.78±1.45％，通过随后芽孢杆菌Bacillus sp.与枝顶孢霉菌Acremonium sp.的菌群为期35～50天的处理后，土壤或油泥中TPH降解效率达到了86％～95％，本发明的菌群生长稳定，枝顶孢霉菌和黄孢原毛平革菌在现场对室外自然环境的耐受能力较好，存活率较高，此外，本发明提出的技术体系可完全运用于石油类化合物污染的多种介质如污染土壤或含油污泥以及页岩气采集现场的生产废弃物或石油废水等，并已经在采油作业区有过现场验证，稳定可靠，还可运用于石油类化合物污染的多种介质如污染土壤或污染废水以及页岩气采集现场的生产废弃物或石油废水等。
附图说明
图1为枝顶孢霉菌(Acremonium sp.Y0997)的菌落图。
图2为黄孢原毛平革菌(Phanerochaete sp.F0996)的形貌图。
图3为处理15天空白例土壤中石油烃组分的气相色谱与质谱联用分析图谱。
图4为化学氧化处理15天实施例1土壤中石油烃组分的气相色谱与质谱联用分析图谱。
图5为化学氧化处理15天实施例1土壤中轻链与重链组分的去除效率结果。
图6为处理60天空白例和对比例与实施例1土壤中TPH去除效率对比结果。
具体实施方式
现结合试验和实施例对本发明的技术方案进行进一步说明，但是本发明不仅限于下述的实施方式。
实施例1
现以芽孢杆菌(Bacillus sp.，保藏于中国典型培养物保藏中心，菌株保藏号CCTCC NO:AB2014248)和枝顶孢霉菌(Acremonium sp.Y0997，保藏于中国典型培养物保藏中心，菌株保藏号为CCTCC NO:M 2016117，保藏日期是2016年3月14日，)的固体菌剂为菌群组合，以过硫酸钠复合物为化学氧化剂，联合对重度石油污染土壤进行处理，由以下步骤组成：
(1)采集油井附近的总石油烃起始含量为162240mg/kg的重度石油污染土壤置于处理池中，将其敲碎，粒径为30～40mm左右，混匀；
(2)将氧化剂过硫酸钠复合物按10g/kg的比例接入经步骤(1)处理的土壤中，加水至土壤的含水率达25％，混匀，氧化处理15天，该过硫酸钠复合物是由过硫酸钠、过氧化钙和硫酸亚铁以5:0.5:2.5的摩尔比混合制成；
(3)将培养好的芽孢杆菌(Bacillus sp.)和枝顶孢霉菌(Acremonium sp.)接入重度石油污染土壤中，芽孢杆菌的接种量为20g/kg土壤(其固体菌剂活菌含量：5.3×109CFU/g)，枝顶孢霉菌的接种量为20g/kg土壤(其固体菌剂活菌含量：8.0×109CFU/g)，再按照1000mg/kg(土壤)的量加入有机肥料，混匀，维持土壤的含水率稳定，将处理池的表面用塑料薄膜覆盖，通气，维持土壤的含水率稳定，在25℃下，现场处理15天；
(4)向步骤(3)处理后的土壤中再次接入等量培养好的芽孢杆菌和枝顶孢霉菌，重复步骤(3)的操作，在25℃下，现场处理30天，完成处理，TPH的降解率达到86.96％。
上述枝顶孢霉菌(Acremonium sp.Y0997)的18SrDNA序列为：
该菌菌落呈白色，菌落圆形，背面奶油色至赭黄色，菌丝无色，光滑且具隔膜，孢子囊梗直接从菌丝上长出，呈锥形多单生，分生孢子无色，光滑，形成簇状或链状，长纺锤形，两头尖，未见厚垣孢子，形貌参见图1。
实施例2
现以黄孢原毛平革菌(Phanerochaete sp.F0996，保藏于中国典型培养物保藏中心，菌株保藏号CCTCC NO:M 2016116，保藏日期是2016年3月14日)的固体菌剂为菌群组合，以过硫酸钠复合物为化学氧化剂，联合对重度石油污染土壤进行处理，由以下步骤组成：
(1)采集油井附近的总石油烃起始含量为170000mg/kg的重度石油污染土壤置于处理池中，将其敲碎，粒径为30～40mm左右，混匀；
(2)将氧化剂过硫酸钠复合物按8g/kg的比例接入经步骤(1)处理的土壤中，加水至土壤的含水率达15％，混匀，氧化处理20天，所用过硫酸钠复合物是由过硫酸钠、过氧化钙和硫酸亚铁以5:0.5:2.5的摩尔比混合制成；
(3)将培养好的芽孢杆菌(Bacillus sp.)和黄孢原毛平革菌(Phanerochaetesp.F0996)接入重度石油污染土壤中，芽孢杆菌的接种量为15g/kg土壤(其固体菌剂活菌含量：4.0×109CFU/g)，黄孢原毛平革菌的接种量为15g/kg土壤(其固体菌剂活菌含量：7.5×109CFU/g)，再按照800mg/kg(土壤)的量加入有机肥料，混匀，维持土壤的含水率稳定，将处理池的表面用塑料薄膜覆盖，通气，维持土壤的含水率稳定，在15℃下，现场处理20天；
(4)向步骤(3)处理后的土壤中再次接入等量培养好的芽孢杆菌和黄孢原毛平革菌的混合菌剂，重复步骤(3)的操作，在15℃下，现场处理30天，完成处理，TPH的降解率达到85.25％。
上述黄孢原毛平革菌Phanerochaete sp.F0996，菌株保藏号为CCTCC NO:M2016116，保藏单位是中国典型培养物保藏中心，保藏日期是2016年3月14日，其18SrDNA序列为：
该菌菌落白色，圆形，背面无色，菌落仅有少量凸起；菌丝为无色，蓬松棉絮状，随着培养时间的延长，绒毛状凸起逐渐变平，菌丝消失，形成粉末孢子，参见图2。
实施例3
以过硫酸钠复合物为化学氧化剂，联合芽孢杆菌和枝顶孢霉菌混合菌群对重度石油污染油泥进行强化联合处理，由以下步骤组成：
(1)采集油井附近的总石油烃起始含量为100000mg/kg的重度石油污染油泥置于处理池中，将其敲碎，粒径为30～40mm左右，混匀；
(2)将氧化剂过硫酸钠复合物按12g/kg的比例接入经步骤(1)处理的油泥中，过硫酸钠复合物由过硫酸钠、过氧化钙和硫酸亚铁以5:0.5:2.5的摩尔比混合制成，再按照1200mg/kg(油泥)的添加量加入重油清洗剂KD-L315作为表面活性剂，并加水至油泥的含水率达30％，混匀，氧化处理10天；
(3)将培养好的芽孢杆菌(Bacillus sp.)和枝顶孢霉菌(Acremonium sp.)接入重度石油污染油泥中，芽孢杆菌的接种量为25g/kg油泥(其固体菌剂活菌含量：6.0×109CFU/g)，枝顶孢霉菌的接种量为25g/kg油泥(其固体菌剂活菌含量：8.5×109CFU/g)，再按照1200mg/kg(油泥)的量加入有机肥料，混匀，维持油泥的含水率稳定，将处理池的表面用塑料薄膜覆盖，通气，维持油泥的含水率稳定，在35℃下，现场处理10天；
(4)向步骤(3)处理后的油泥中再次接入等量培养好的芽孢杆菌和枝顶孢霉菌，重复步骤(3)的操作，在35℃下，现场处理20天，完成处理，TPH的降解率达到95.01％。
实施例4
以过硫酸钠复合物为化学氧化剂，联合芽孢杆菌和黄孢原毛平革菌混合菌群对重度石油污染油泥进行强化联合处理，由以下步骤组成：
(1)采集油井附近的总石油烃起始含量为120000mg/kg的重度石油污染油泥置于处理池中，将其敲碎，粒径为30～40mm左右，混匀；
(2)将氧化剂过硫酸钠复合物按15g/kg的比例接入经步骤(1)处理的油泥中，过硫酸钠复合物由过硫酸钠、过氧化钙和硫酸亚铁以5:0.5:2.5的摩尔比混合制成，再按照1600mg/kg(油泥)的添加量加入重油清洗剂KD-L315作为表面活性剂，或者其他市售生物或无毒表面活性剂，并加水至油泥的含水率达30％，混匀，氧化处理10天；
(3)将培养好的芽孢杆菌(Bacillus sp.)和黄孢原毛平革菌(Phanerochaetesp.)的混合菌剂接入重度石油污染油泥中，芽孢杆菌的接种量为25g/kg油泥(其固体菌剂活菌含量：5.0×109CFU/g)，黄孢原毛平革菌的接种量为25g/kg油泥(其固体菌剂活菌含量：9.0×109CFU/g)，再按照1200mg/kg(油泥)的量加入有机肥料，混匀，维持油泥的含水率稳定，将处理池的表面用塑料薄膜覆盖，通气，维持油泥的含水率稳定，在35℃下，现场处理10天；
(4)向步骤(3)处理后的油泥中再次接入等量培养好的芽孢杆菌和黄孢原毛平革菌，重复步骤(3)的操作，在35℃下，现场处理20天，完成处理，TPH的降解率达到93.31％。
本发明的方法对处理重度石油污染土壤和油泥均可适用，还可以直接处理污染现场的重度石油污染土壤或油泥，均能够得到很好的处理效果。
上述的枝顶胞霉菌与黄孢原毛平革菌可以相互替换，其与芽孢杆菌混合形成真菌-细菌混合菌剂，对上述的重度石油污染土壤和油泥均有较好的效果，特别是与氧化剂氧化联合处理。
为了验证本发明的技术效果，申请人做了大量的实验，同时还以空白实验作为参照，对本发明的降解效果进行验证，具体如下：
对比例
(1)总石油烃起始含量为162240mg/kg重度石油污染土壤置于处理池中，将其敲碎，混匀；
(2)与实施例1的步骤(3)相同。
(3)与实施例1的步骤(4)相同。
空白例：
(1)与对比例1相同；
(2)向总石油烃起始含量为162240mg/kg的污染土壤中加入有机肥料和表面活性剂，并加水至土壤的含水率达25％，混匀，在15～35℃下，现场处理60天，完成处理。
对上述空白例及实施例1处理15天后的土壤中总石油烃组分进行气相色谱与质谱联用检测，结果如下图3及图4所示。
由图3和4中结果显示，与空白例相比，经过硫酸钠复合物氧化处理后，土壤中的各石油烃组分均有明显降解效果，并对氧化处理后土壤中轻链与重链组分的去除效率进行了计算，结果如图5所示。如图所示，经过硫酸钠复合物氧化处理后，土壤中的轻链与重链组分的去除效率分别达到了38.53±1.06％、42.78±1.45％。
对上述对比例和空白例所处理后的土壤中总石油烃的降解情况进行检测，并与实施例1进行比较，结果如下表1及图6所示。
表1为对比例和空白例处理后的土壤中TPH含量与实施例1的对比结果
由表1及图6可知，对比例和空白例处理60天后的土壤中TPH含量与实施例1的对比结果表明，采用化学氧化前处理的实施例1极显著的提高了土壤中的TPH去除效率，与对比例相比，实施例1的TPH去除效率提高了约22.54％。
用相同的方法对重度石油污染的油泥也进行处理，也能够达到上述相同的处理效果。
试验结果表明，本发明采用化学氧化与真菌-细菌菌群生物强化综合现场处理重度石油污染土壤或油泥，可以极显著地提高土壤或油泥中总石油烃的降解效率。

Claims (6)

1.一种基于过硫酸钠复合物氧化与微生物菌群生物强化联合处理重度石油污染土壤或油泥的方法，其特征在于由以下步骤组成：
(1)采集重度石油污染土壤或油泥置于处理池中，将其敲碎、混匀，或直接将污染现场的重度石油污染土壤或油泥敲碎、混匀；
(2)将过硫酸钠复合物作为氧化剂按8～15g/kg的比例加入经步骤(1)处理的土壤或油泥中，并加水至土壤或油泥的含水率达15～30％，混匀，氧化处理10～20天；
(3)向步骤(2)处理后的土壤或油泥中分别接入培养好的芽孢杆菌与枝顶胞霉菌的混合菌剂或者芽孢杆菌与黄孢原毛平革菌的混合菌剂，芽孢杆菌和枝顶孢霉菌或黄孢原毛平革菌的接种量均为15～25g/kg，再加入有机肥料，有机肥料的添加量为800～1200mg/kg，混匀，将污染土壤或油泥的表面用塑料薄膜覆盖，通气，维持土壤或油泥的含水率稳定，在15～35℃下，现场处理10～20天；
(4)向步骤(3)处理后的土壤或油泥中再次接入等量培养好的芽孢杆菌与枝顶胞霉菌的混合菌剂或者芽孢杆菌与黄孢原毛平革菌的混合菌剂，重复步骤(3)的操作，在15～35℃下，现场处理20～30天，完成处理。
2.根据权利要求1所述的基于过硫酸钠复合物氧化与微生物菌群生物强化联合处理重度石油污染土壤或油泥的方法，其特征在于所述过硫酸钠复合物按8～15g/kg的比例接入经步骤(1)处理的土壤或油泥中，再加入表面活性剂，表面活性剂的添加量为1200～1600mg/kg，并加水至土壤或油泥的含水率达15～30％，混匀，氧化处理10～20天。
3.根据权利要求1或2所述的基于过硫酸钠复合物氧化与微生物菌群生物强化联合处理重度石油污染土壤或油泥的方法，其特征在于：所述过硫酸钠复合物由过硫酸钠、过氧化钙和硫酸亚铁以5:0.5:2.5的摩尔比混合制成。
4.根据权利要求1所述的基于过硫酸钠复合物氧化与微生物菌群生物强化联合处理重度石油污染土壤或油泥的方法，其特征在于：所述枝顶孢霉菌的名称为Acremoniumsp.Y0997，菌株保藏号为CCTCC NO:M 2016117，保藏日期为2016年3月14日，保藏单位为中国典型培养物保藏中心；
所述黄孢原毛平革菌的名称为Phanerochaete sp.F0996，菌株保藏号为 CCTCC NO:M2016116，保藏单位是中国典型培养物保藏中心，保藏日期是2016年3月14日。
5.根据权利要求1所述的基于过硫酸钠复合物氧化与微生物菌群生物强化联合处理重度石油污染土壤或油泥的方法，其特征在于：所述芽孢杆菌的活菌含量为4.0×109～6.0×109CFU/g，枝顶孢霉菌的活菌含量为7.2×109～8.5×109CFU/g，黄孢原毛平革菌的活菌含量为7.2×109～9.0×109CFU/g。
6.根据权利要求1所述的基于过硫酸钠复合物氧化与微生物菌群生物强化联合处理重度石油污染土壤或油泥的方法，其特征在于：所述重度石油污染土壤或油泥的总石油烃起始含量为100000～170000mg/kg土壤或油泥。
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