1、目前現(xiàn)有的生物處理技術(shù)
目前處理石油污染的生物技術(shù)主要包括活性污泥法、氧化溝和生物膜法等?;钚晕勰喾ㄊ墙柚貧饣蛘邫C(jī)械攪拌,使活性污泥均勻分布于曝氣池內(nèi),微生物壁外的粘液將污水中的污染物吸附,并在酶的作用下對有機(jī)物進(jìn)行新陳代謝轉(zhuǎn)化。自上世紀(jì)8O年代,石油普遍采用的二級生物治理方法是傳統(tǒng)活性污泥法l3。李哲采用SBR法處理油田采出水,結(jié)果表明,COD去除率為80% 一90% ;出水滿足的排放標(biāo)準(zhǔn) 。王贊春等研究了SBR以及投菌SBR法處理煉油中污染物的效果,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,廢水中各種污染物的去除率分別為:COD 93.5% 、石油類98.6%、總氮89.8%。SBR工藝是一種新型的高效,是對傳統(tǒng)活性污泥法的改進(jìn)。該方法具有固液分離效果好、工藝簡單、占地少、建設(shè)費(fèi)用低、耐沖擊負(fù)荷強(qiáng),溫度影響小,活性污泥狀態(tài)良好和處理能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),是處理石油廢水的一種具有前景的處理方法。
氧化溝對各種含高COD、BOD、油類等有機(jī)廢水的深度處理十分有效。它的曝氣池呈封閉、環(huán)狀跑道式,污水和活性污泥以及各種微生物混合在溝渠中作循環(huán)流動。氧化溝在處理含油廢水方面應(yīng)用實(shí)例比較多,但是其處理效果沒有達(dá)到處理要求。有很多都采用了氧化溝工藝,其處理出水水質(zhì)與進(jìn)水水質(zhì)有關(guān),只有確保一定的進(jìn)水水質(zhì)時(shí),出水才會達(dá)到理想的處理效果。專家們根據(jù)工藝原理分析了氧化溝不能取得理想處理效果的原因,提出了很多的改善對策。在氧化溝現(xiàn)有處理能力和工藝特色的基礎(chǔ)上,有人探索出了一套投菌氧化溝曝氣的處理方案,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在相同的水力停留時(shí)間等條件下,可以將去除率提高10%左右,如果要得到相同的去除率可以大大縮短水力停留時(shí)間,且出水COD值可以更低。與活性污泥法相比,氧化溝具有很多優(yōu)點(diǎn):工藝簡單;不僅可以去除BOD和SS,還可以達(dá)到脫氮除磷的效果;設(shè)備少,操作管理簡便;低溫有更大適應(yīng)性等。氧化溝是活性污泥法的發(fā)展,但是只有滿足工藝要求時(shí),才能發(fā)揮去污效果。
目前應(yīng)用較廣泛的生物膜法主要包括生物轉(zhuǎn)盤、生物流化床、接觸氧化法和膜生物反應(yīng)器等。生物轉(zhuǎn)盤是利用較大的比表面積,在低能耗的條件下轉(zhuǎn)動產(chǎn)生高效曝氣,使得氧氣、水和膜之間有較好的接觸。盤片表面附著的膜狀微生物在其新陳代謝的過程中對有機(jī)污染物進(jìn)行無害化降解。曹明偉利用環(huán)境微生物技術(shù),開發(fā)出高溫優(yōu)勢菌生物膜法處理采油廢水,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:硫化物的平均去除率98% ;揮發(fā)酚的平均去除率為91% ;COD平均去除率為68% ;氨氮平均去除率為82%。
生物流化床處理技術(shù)是借助流體使表面生長著微生物的固體顆粒呈流態(tài)化,同時(shí)進(jìn)行去除和降解有機(jī)物的生物膜法處理技術(shù)。影響其處理效果的因素有載體的選擇、菌種的篩選等。崔俊華等在“三套” 工藝的基礎(chǔ)上添加了三相生物流化床部分,且采取了高效油降解菌以及漂浮和懸浮填料并用的措施,使出水油濃度降為3.5—4.9mg/L,達(dá)一種被廣泛采用并逐漸成熟的生物深化處理技術(shù)。龔爭輝應(yīng)用接觸氧化工藝對采油廢水進(jìn)行了現(xiàn)場的實(shí)驗(yàn)研究,廢水中的COD和油的去除率分別為42.2% 和89.3% ,最后出水能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。
接觸氧化法除了可以降低COD,還可以用于去除氨氮,尤其適合應(yīng)用于煉油廢水的凈化。龐金釗的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,用接觸氧化法工藝處理COD≤500mg/L的石油廢水時(shí),硝化細(xì)菌是優(yōu)勢菌,能同時(shí)有效去除氨氮和COD引。接觸氧化法可以克服活性污泥法容易污泥膨脹和超標(biāo)排放的缺點(diǎn),具有有機(jī)負(fù)荷高、抗沖擊能力強(qiáng)、對廢水中的毒物忍耐力較大等優(yōu)點(diǎn),而且對氨氮也有較好的去除效果。接觸氧化法多用于深度處理含油廢水,其技術(shù)關(guān)鍵在于對進(jìn)水可生化性的控制。
2、生物修復(fù)技術(shù)
生物修復(fù)(bioremediation)技術(shù)是利用微生物、植物及其他生物,將環(huán)境中的危險(xiǎn)性污染物降解為二氧化碳和水或轉(zhuǎn)化為其他無害物質(zhì)的工程技術(shù)系。生物修復(fù)的概念最初來源于微生物對環(huán)境污染的治理,至今許多文獻(xiàn)仍沿用bioremediation一詞,專指微生物修復(fù),通常將其分為廣義的生物修復(fù)和狹義的生物修復(fù)。
2.1微生物修復(fù)
石油污染土壤的微生物修復(fù)是指利用微生物酶如脫氫酶對大多數(shù)石油污染物的攻擊,將石油污染物降解成無害物質(zhì)的生物工程技術(shù)。可以降解石油的微生物主要包括細(xì)菌、真菌、酵母菌,這些微生物廣泛分布于海洋、淡水和土壤環(huán)境中。細(xì)菌和酵母菌是水生生態(tài)系統(tǒng)中占據(jù)主導(dǎo)地位的微生物降解執(zhí)行者,在土壤環(huán)境中則變成真菌和細(xì)菌。
姚德明研究表明,石油污染土壤中以利用石油烴為碳源的真菌數(shù)量較少,細(xì)菌數(shù)量較多但是類群沒有真菌豐富;細(xì)菌以革氏染色陰性桿菌為優(yōu)勢,其中以動膠菌屬為主,其次黃桿菌屬。革氏染色陽性桿菌以芽孢桿菌為主。真菌以毛霉菌屬、小克銀漢菌屬占優(yōu)勢。其次是鐮刀菌屬、青霉菌屬、曲霉菌屬,酵母最弱。放線菌以鏈霉菌屬為優(yōu)勢。潘峰利用篩選得到的10株酵母菌組成復(fù)合酵母菌系統(tǒng),并將該復(fù)合菌系統(tǒng)接種到泥漿反應(yīng)器中對模擬油泥樣品進(jìn)行了處理,發(fā)現(xiàn)復(fù)合酵母菌在反應(yīng)速度和油去除率上都優(yōu)于活性污泥。羅一菁經(jīng)初篩菌株制備成混合菌劑,對煉廠“三泥”中的殘油平均去除率為84%以上。許增德從油污土壤中分離出降解石油的微生物菌株,鑒定為假單胞菌屬,石油烴類的降解率達(dá)到85%。Sanjeet Mishra使用不動桿菌屬接種和其他營養(yǎng)物質(zhì)對煉廠石油污染的土壤進(jìn)行修復(fù),結(jié)果表明一年內(nèi)總石油烴中烷烴的降解率94.2% ,芳香組分降解91.9%,含氮、硫、氧化合物和瀝青質(zhì)降解85.2%。DING KEQIANG研究真菌對石油烴類的降解,結(jié)果表明黃孢原毛平革菌液體培養(yǎng)接種條件下烴類降解率遠(yuǎn)高于鐮刀菌石油降解率。
2.2生物修復(fù)被石油污染的地下水
石油在開采、煉制、儲存過程中會對地下水造成污染,給環(huán)境尤其是人類自身帶來嚴(yán)重的危害,目前許多國家已頒布相關(guān)法規(guī),采取相應(yīng)的防護(hù)措施,同時(shí)也在積極開展有關(guān)地下水污染的治理研究,常見的方法有隔離法、泵提法、吸水法、生物修復(fù)法等。其中生物修復(fù)被石油污染的地下水是近年來興起的,它包括:生物注射法、有機(jī)粘土法、抽提地下水系統(tǒng)和回注系統(tǒng)相結(jié)合法、生物反應(yīng)器法等。
2.3生物注射法
該方法是在傳統(tǒng)氣提技術(shù)的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)形成的新技術(shù),主要是將加壓后的空氣注射到污染的地下水下部,氣流加速地下水和土壤中有機(jī)物的揮發(fā)和降解。這種方法主要是抽提、通氣并用,并通過增加停留時(shí)間促進(jìn)生物降解,提高修復(fù)效率。
2.4有機(jī)粘土法
該方法是利用人工合成的有機(jī)粘土有效去除有毒化合物,帶正電荷的有機(jī)修飾物、陽離子表面活性劑通過化學(xué)鍵鍵合到帶負(fù)電荷的粘土表面合成有機(jī)粘土,表面活性劑可以將有毒化合物吸附到粘土上,從而去除或進(jìn)行生物降解。
2.5抽提地下水系統(tǒng)和回注系統(tǒng)相結(jié)合法
該方法是將抽提地下水系統(tǒng)和回注系統(tǒng)(注入空氣或H2O2、營養(yǎng)物和己馴化的微生物)結(jié)合起來,促進(jìn)有機(jī)污染物的生物降解ma11lbeck.DonaldR.等人在加利福尼亞的研究表明,采用此方法修復(fù)的環(huán)境,可明顯促進(jìn)生物降解。
2.6生物反應(yīng)器法
該方法就是將地下水抽提到地上部分用生物反應(yīng)器加以處理的過程,它包括4個(gè)步驟,自然形成閉路循環(huán)。即:①將污染的地下水抽提到地面;②在地面生物反應(yīng)器內(nèi)對其進(jìn)行好氧降解,生物反應(yīng)器在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中要補(bǔ)充營養(yǎng)物和氧氣;③處理后的地下水通過滲灌系統(tǒng)回灌到土壤內(nèi);④在回灌過程中加入營養(yǎng)物和已馴化的微生物,并注入氧氣,使生物降解過程在有氧狀態(tài)下,在土壤及地下水層內(nèi)加速進(jìn)行。
3、發(fā)展趨勢
隨著石油工業(yè)的不斷發(fā)展,石油運(yùn)輸更加頻繁,輸油管線和儲油罐的石油泄漏事故、油槽車和油輪的泄漏事故不斷增加,受石油污染的土壤和水體將顯著增加。因此石油污染土壤與水體的修復(fù)迫在眉睫。
在現(xiàn)有的修復(fù)技術(shù)中,物理化學(xué)修復(fù)存在著一定的局限性,很難達(dá)完全達(dá)到修復(fù)要求,主要表現(xiàn)在修復(fù)效果不徹底且容易造成二次污染。盡管石油污染土壤與水體的生物修復(fù)技術(shù)也還不太成熟,但是目前已有的研究結(jié)果和應(yīng)用實(shí)踐表明,生物修復(fù)技術(shù)是可行的,且具有費(fèi)用低、環(huán)境影響小、應(yīng)用范圍廣的優(yōu)點(diǎn),適合我國的基本國情。環(huán)境科學(xué)界普遍認(rèn)為,生物修復(fù)技術(shù)比物理和化學(xué)處理技術(shù)更具有發(fā)展前途,它在土壤與水體修復(fù)中的應(yīng)用價(jià)值是不可估量的。生物修復(fù)技術(shù)應(yīng)用于受污染土壤與水體雖然已經(jīng)取得了較好的效果,但仍存在一些缺點(diǎn),如微生物生長受污染物濃度、營養(yǎng)物和氧氣等影響;目前通過培養(yǎng)、馴化、篩選出來的降解微生物大多數(shù)是暗箱操作得到的,降解效率較低,而且?guī)в休^大的隨機(jī)性;目前針對受污染土壤與水體的生物修復(fù)技術(shù)主要是以供氧和施加營養(yǎng)物質(zhì)為主,缺乏與其他幾種技術(shù)的交叉和融合;生物修復(fù)技術(shù)對某些污染物質(zhì)的降解特性、在環(huán)境中的適應(yīng)性以及成本效益等因素尚沒有研究清楚,這些都導(dǎo)致生物修復(fù)技術(shù)效率較低、所需時(shí)間較長。為克服這些缺點(diǎn),應(yīng)該強(qiáng)化生物修復(fù)技術(shù)與其他修復(fù)技術(shù)的聯(lián)合使用,以擴(kuò)大該技術(shù)的應(yīng)用范圍并不斷降低其處理成本。同時(shí)通過現(xiàn)代生物技術(shù),闡明石油降解微生物的降解機(jī)理和關(guān)鍵降解酶,并借助遺傳工程技術(shù),通過降解質(zhì)?;蚧蝌蟻慝@得降解能力與抵抗惡劣環(huán)境能力更強(qiáng)的基因工程菌,從而大大提高石油污染土壤與水體的修復(fù)效率,縮短修復(fù)時(shí)間。