石油污染土壤和油泥生物處理技術(shù)

第一篇 石油污染土壤生物修復(fù)技術(shù)及應(yīng)用

第1章 石油污染土壤概述

1.1 石油污染土壤的形成

1.2 石油污染對(duì)土壤的影響

1.2.1 石油污染物在環(huán)境中的遷移

1.2.2 石油污染土壤的長(zhǎng)期性特點(diǎn)

1.2.3 石油污染對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

1.2.4 石油污染對(duì)土壤微生物的影響

1.2.5 石油污染對(duì)土壤酶的影響

1.2.6 石油污染對(duì)土壤動(dòng)物的影響

1.3 石油污染土壤的危害

1.3.1 石油污染土壤對(duì)植物的危害

1.3.2 石油污染土壤對(duì)人類的危害

第2章 石油污染土壤修復(fù)技術(shù)概述

2.1 石油污染土壤的物理化學(xué)修復(fù)

2.2 石油污染土壤的生物修復(fù)

2.2.1 概述

2.2.2 技術(shù)特點(diǎn)

2.3 石油污染土壤的微生物修復(fù)

2.3.1 石油烴類微生物降解的途徑

2.3.2 用于石油污染土壤修復(fù)的微生物

2.3.3 微生物修復(fù)的影響因素

2.3.4 微生物修復(fù)的基本方法

2.4 石油污染土壤的植物修復(fù)

2.4.1 植物對(duì)有機(jī)污染物的修復(fù)機(jī)理與過(guò)程

2.4.2 植物對(duì)污染土壤的修復(fù)

2.4.3 植物修復(fù)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

2.5 石油污染土壤生物修復(fù)技術(shù)現(xiàn)狀及趨勢(shì)

第3章 石油污染土壤修復(fù)工程

3.1 工程背景介紹

3.2 石油降解菌的篩選和培養(yǎng)

3.2.1 試驗(yàn)方法

3.2.2 石油降解土著菌的篩選

3.2.3 石油降解菌降解效果檢驗(yàn)

3.2.4 混合菌培養(yǎng)條件研究

3.2.5 培養(yǎng)基配方優(yōu)化

3.2.6植物篩選試驗(yàn)

3.3 現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)試驗(yàn)

3.3.1 修復(fù)前井場(chǎng)石油污染土壤各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)

3.3.2 微生物修復(fù)操作過(guò)程

3.3.3 微生物修復(fù)過(guò)程檢測(cè)

3.3.4 植物修復(fù)過(guò)程檢測(cè)

第二篇 含油污泥生物處理技術(shù)及應(yīng)用

第4章 含油污泥處理技術(shù)概述

4.1 含油污泥的來(lái)源及特點(diǎn)

4.1.1 含油污泥的來(lái)源

4.1.2 含油污泥的特點(diǎn)

4.2 含油污泥物理化學(xué)處理技術(shù)

4.2.1 油砂清洗法

4.2.2 焚燒法

4.2.3 濃縮干化法

4.2.4 固化作用/穩(wěn)定化作用法

4.2.5 回注法

4.2.6 溶劑萃取法

4.2.7 熱解法

4.2.8 熔融法

4.3 含油污泥生物處理技術(shù)

4.3.1 堆肥處理法

4.3.2 預(yù)制床耕作法

4.3.3 生物反應(yīng)器法

第5章 含油污泥微生物處理技術(shù)

5.1 降解功能菌的評(píng)價(jià)

5.1.1 菌劑介紹

5.1.2 評(píng)價(jià)試驗(yàn)

5.2 油田含油污泥微生物處理過(guò)程表征

5.2.1 原油降解過(guò)程

5.2.2 菌數(shù)變化過(guò)程

5.2.3 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的變化過(guò)程

5.3 含油污泥生物處理工藝條件

5.3.1 膨松劑

5.3.2 油泥含水率

5.3.3 菌液用量

5.3.4 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)添加

5.3.5 溫度

5.3.6 翻耕

5.3.7 顆粒粒徑

5.4 含油污泥生物處理中試試驗(yàn)

5.4.1 試驗(yàn)方案

5.4.2 中試試驗(yàn)結(jié)果及分析

第6章 含油污泥生物處理工程

6.1 工程背景

6.2 含油污泥性質(zhì)分析

6.2.1 無(wú)機(jī)物成分分析

6.2.2 污染烴類的組成

6.2.3 重金屬分析

6.2.4 其他理化性質(zhì)分析

6.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

6.3.1 預(yù)制床的建設(shè)

6.3.2 油泥生物處理試驗(yàn)設(shè)計(jì)

6.4 石油降解情況分析

6.4.1 總油去除情況

6.4.2 各石油組分降解情況分析

6.4.3 飽和正鏈烷烴降解情況分析

6.4.4 油泥基本理化性質(zhì)變化情況分析

6.4.5 油泥中微生物變化情況分析

6.4.6 油泥生物毒性變化情況分析

6.5 含油污泥的植物處理

6.5.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

6.5.2 植物處理前后油泥基本理化性質(zhì)變化情況

6.5.3 植物處理過(guò)程中油泥中各種微生物的變化情況

6.5.4 植物處理階段油泥中石油降解情況分析

6.5.5 油泥生物毒性變化情況

第7章 生物處理后油泥的綜合利用研究

7.1 石油烴在三類土壤中的吸附及運(yùn)移規(guī)律

7.1.1 試驗(yàn)方法

7.1.2 褐土中石油烴含量的變化

7.1.3 棕壤中石油烴含量的變化

7.1.4 潮土中石油烴含量的變化

7.2 含油污泥對(duì)三類土壤微生物區(qū)系的影響

7.2.1 三種土壤類型微生物數(shù)量和種類隨石油烴含量的變化

7.2.2 三種土壤淀粉酶活性和脲酶活性隨石油烴含量的變化

7.3 微生物修復(fù)石油污染物的生物指標(biāo)

7.3.1 含油污泥對(duì)種子發(fā)芽率的影響

7.3.2 微生物修復(fù)石油污染物的無(wú)害化指標(biāo)

7.4 施用含油污泥對(duì)油菜生理指標(biāo)、品質(zhì)和產(chǎn)量的影響

7.4.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

7.4.2 石油污染物對(duì)油菜生物性狀的影響

7.4.3 石油污染物對(duì)油菜產(chǎn)量的影響

7.4.4 石油污染物對(duì)油菜品質(zhì)的影響

7.4.5 石油污染物對(duì)油菜生理指標(biāo)的影響

7.4.6 栽培油菜后石油污染物在土壤中的殘留量

7.5 生物處理后油泥生產(chǎn)有機(jī)肥料的實(shí)例

7.5.1 蔬菜專用有機(jī)肥

7.5.2 通用有機(jī)肥配方

7.5.3 果樹(shù)專用肥

7.6 含油污泥作為肥料的田間試驗(yàn)

7.6.1 含油污泥對(duì)夏玉米的影響

7.6.2 含油污泥對(duì)蘋(píng)果栽培的影響

7.6.3 含油污泥(有機(jī)肥和有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)混肥)對(duì)大棚黃瓜的影響

7.6.4 含油污泥對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響

附錄 部分實(shí)驗(yàn)方法

參考文獻(xiàn) 2100433B

《石油污染土壤和油泥生物處理技術(shù)》介紹了石油污染土壤修復(fù)的技術(shù)現(xiàn)狀，重點(diǎn)論述了石油污染土壤和含油污泥生物修復(fù)工藝，闡述了土壤修復(fù)過(guò)程中的污染物遷移變化規(guī)律，并給了工程實(shí)例?！妒臀廴就寥篮陀湍嗌锾幚砑夹g(shù)》可供從事油田環(huán)保工作的工程技術(shù)和管理人員使用和參考，也可供高等院校相關(guān)專業(yè)的師生參考。

土壤生物對(duì)土壤性質(zhì)有重大影響，也影響土壤污染物的凈化功能。它們的作用是嚼細(xì)、分解動(dòng)植物殘?bào)w，使之不斷降解；翻動(dòng)、攪拌土壤礦物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)，促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成。土壤生物對(duì)進(jìn)入土壤中的污染物有一定忍受限度，超過(guò)這一限度便會(huì)削弱甚至危及它們的生命活動(dòng)和生存，因此就降低或破壞土壤的凈化功能。2100433B

生物污染是指微生物在膜-水界面上積累，從而影響系統(tǒng)性能的現(xiàn)象。膜組件內(nèi)部潮濕陰暗，是一個(gè)微生物生長(zhǎng)的理想環(huán)境，所以一旦原水的生物活性水平較高，則極易發(fā)生膜的生物污染。膜的生物污染分兩個(gè)階段：粘附和生長(zhǎng)。在溶液中沒(méi)有投入生物殺蟲(chóng)劑或投入量不足時(shí)，粘附細(xì)胞會(huì)在進(jìn)水營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的供養(yǎng)下成長(zhǎng)繁殖，形成生物膜。在一級(jí)生物膜上的二次粘附或卷吸進(jìn)一步發(fā)展了生物膜。老化的生物膜細(xì)菌主要分解成蛋白質(zhì)、核酸、多糖酯和其它大分子物質(zhì)，這些物質(zhì)強(qiáng)烈吸附在膜面上引起膜表面改性。被改性的膜表面更容易吸引其它種類的微生物。微生物的一個(gè)重要特征是它們具有對(duì)變化營(yíng)養(yǎng)、水動(dòng)力或其它條件作出迅速生化和基因調(diào)節(jié)的能力。因此，生物污染問(wèn)題比非活性的膠體污染或礦物質(zhì)結(jié)垢更為嚴(yán)重。

細(xì)菌，真菌和其它微生物組成的生物膜，可直接(通過(guò)酶作用)或間接(通過(guò)局部pH或還原電勢(shì)作用)降解膜聚合物或其它RO單元組件，結(jié)果造成膜壽命縮短，膜結(jié)構(gòu)完整性被破壞，甚至造成重大系統(tǒng)故障罰。

可同化性有機(jī)碳(AOC)被認(rèn)為是生物膜的生長(zhǎng)潛勢(shì)。因此，AOC指標(biāo)可以表征生物膜形成的可能性及其程度。研究證實(shí)，細(xì)菌對(duì)不同聚合物粘附速率大不相同。如聚酰胺膜比醋酸纖維素膜更易受細(xì)菌污染。所以，生物親和性被降低和易清洗的聚合物為材質(zhì)的分離膜，會(huì)阻礙生物膜的生長(zhǎng)。為了發(fā)展膜的生物污染防治技術(shù)，研究者必須首先理解分離膜聚合物的表面分子結(jié)構(gòu)和粘附生物細(xì)胞與膜作用的機(jī)理。為了更好控制膜的生物污染所必需的基礎(chǔ)研究包括以下六個(gè)方面。

(1)了解生物膜中的微生物菌落，以識(shí)別出合適的有機(jī)體用于試驗(yàn)?zāi)M和粘附生物測(cè)定。非生長(zhǎng)基的分子基因測(cè)定是值得推薦的方法，例如核蛋白體RNA基因片段分析，基因試樣生物檢定，熒光現(xiàn)場(chǎng)雜化作用等。

(2)粘附過(guò)程必須在分子和原子一級(jí)的水平上研究，以更好地理解細(xì)胞粘附時(shí)物化作用力的影響。

(3)被改性的膜對(duì)細(xì)菌粘附和初期生物膜形成的影響需進(jìn)一步研究?？偹p反射-傅里葉變換紅外光譜(ATR-FTIR)測(cè)定有助于分析問(wèn)題。

(4)在生物污染過(guò)程中，細(xì)菌外聚合物(如藻朊酸鹽)與膜材料之間的作用尚未被充分認(rèn)識(shí)到。理論上，分子模擬可以快速和低成本地預(yù)測(cè)膜生物污染。同時(shí)，可用模擬技術(shù)識(shí)別干擾細(xì)胞粘附的新的化學(xué)物質(zhì)。

(5)生物膜本身的結(jié)構(gòu)完整性依靠細(xì)胞之間的分子力，該種作用力和細(xì)胞與相鄰的胞外聚合物(EPS)之間的相互作用有關(guān)。到目前為止，生物膜中細(xì)胞之間作用力的大小和本質(zhì)還不清楚。分子模擬技術(shù)與適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)方法(如X光衍射)結(jié)合有助于分析問(wèn)題

(6)目前尚缺乏對(duì)生物膜生理生態(tài)性的了解。有研究指出溴化呋喃(來(lái)自海底藻類)可阻礙細(xì)菌的粘附，削弱生物膜母體溶液的污染影響。

生物污染可通過(guò)對(duì)進(jìn)水進(jìn)行連續(xù)或間歇的消毒來(lái)控制。但必須考慮該消毒劑對(duì)膜的降解性。研究表明，一氯化胺是一種優(yōu)于氯消毒的生物膜消毒劑，可大大減少微量有機(jī)氧化物，抑制細(xì)菌生長(zhǎng)。廢水中連續(xù)投入3～5mg/L一氯化胺可抑制生物膜生長(zhǎng)(對(duì)膜無(wú)氧化損害)，延長(zhǎng)運(yùn)行周期。

土壤生物的一個(gè)組成部分。指土壤中肉眼無(wú)法分辨的活有機(jī)體。只能在實(shí)驗(yàn)室中借助顯微鏡或電子顯微鏡才能觀察。一般以微米或納米作為測(cè)量單位。土壤微生物對(duì)土壤的形成發(fā)育、物質(zhì)循環(huán)和肥力演變等均有重大影響。

土壤中肉眼無(wú)法分辨，只能借助顯微鏡或電子顯微鏡才能觀察的活有機(jī)體。多為單細(xì)胞生物。包括細(xì)菌、放線菌、真菌、藻類和原生動(dòng)物5大類群。大部分微生物在土壤中營(yíng)腐生生活，靠現(xiàn)成的有機(jī)物取得能量和營(yíng)養(yǎng)成分。土壤微生物的主要功能表現(xiàn)在：參與土壤有機(jī)物的礦化和腐殖化，以及各種物質(zhì)的氧化-還原反應(yīng)；參與土壤營(yíng)養(yǎng)元素的循環(huán)，促進(jìn)植物營(yíng)養(yǎng)元素的有效性；根際微生以及與植物共生的微生物，能為植物直接提供氮、磷和其他礦質(zhì)元素及各種有機(jī)營(yíng)養(yǎng)；能為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和醫(yī)藥衛(wèi)生提供有效菌種；某些抗生性微生物能防治土傳病原菌對(duì)作物的危害；降解土壤中殘留有機(jī)農(nóng)藥、城市污物和工廠廢棄物等，降低殘毒為害；某些微生物可用于沼氣發(fā)酵，提供生物能源、發(fā)酵液和殘?jiān)袡C(jī)肥料。

土壤生物類群和數(shù)量

土壤微生物包括細(xì)菌、放線菌、真菌、藻類和原生動(dòng)物 5大類群。是土壤生物中數(shù)量最多的一類。

細(xì)菌 　單細(xì)胞生物。個(gè)體直徑0.5～2微米,長(zhǎng)度1～8微米。按體形分球菌、桿菌和螺旋菌;按營(yíng)養(yǎng)類型分自養(yǎng)細(xì)菌和異養(yǎng)細(xì)菌。按呼吸類型分好氣性細(xì)菌、嫌氣性細(xì)菌和兼性細(xì)菌。細(xì)菌參與新鮮有機(jī)質(zhì)的分解，對(duì)蛋白質(zhì)的分解能力尤強(qiáng)（氨化細(xì)菌）；并參與硫、鐵、錳的轉(zhuǎn)化和固氮作用。每克表層土壤中約含細(xì)菌幾百萬(wàn)至幾千萬(wàn)個(gè)，是土壤菌類中數(shù)量最多的一個(gè)類群。

放線菌 　單細(xì)胞生物，呈纖細(xì)的菌絲狀。菌絲直徑0.5～2微米。土壤中常見(jiàn)的有鏈霉菌屬(Streptomyces)放線菌屬(Actinomyces)、諾卡菌屬 (Nocardia)和小單孢菌屬(Micromonospora)等。放線菌具有分解植物殘?bào)w和轉(zhuǎn)化碳、氮、磷化合物的能力。某些放線菌還能產(chǎn)生抗生素，是許多醫(yī)用和農(nóng)用抗生素的產(chǎn)生菌。每克表層土壤約含放線菌幾十萬(wàn)至幾千萬(wàn)個(gè)，是數(shù)量上僅次于細(xì)菌的一個(gè)類群。

真菌 　大多為多細(xì)胞生物，部分為單細(xì)胞生物。個(gè)體較大，呈分枝狀絲菌體,細(xì)胞直徑3～50微米。土壤中常見(jiàn)的真菌有青霉(Penicillium)、曲霉(Aspergillus)、鐮刀菌 (Fusarium)和毛霉(Mucor)等屬。真菌參與土壤中淀粉、纖維素、單寧的分解以及腐殖質(zhì)的形成和分解。每克表層土壤只含真菌幾千至幾十萬(wàn)個(gè)，是土壤菌類中數(shù)量最少的一個(gè)類群，但其生物量〔指每平方米面積中菌體的重量（克）〕高于細(xì)菌和放線菌。

藻類 　土壤中的藻類大都是單細(xì)胞生物，也有多細(xì)胞絲狀體。直徑3～50微米,喜濕，多棲居于土壤表面或表土層中，數(shù)量較菌類少。土壤中常見(jiàn)的有綠藻、藍(lán)藻和硅藻。藍(lán)藻中有的種類能固定空氣中的氮素。

原生動(dòng)物 　單細(xì)胞生物。以植物殘?bào)w、菌類為食料。土壤中常見(jiàn)的有根足蟲(chóng)、纖毛蟲(chóng)和鞭毛蟲(chóng)等。

大部分微生物在土壤中營(yíng)腐生生活，需依靠現(xiàn)成的有機(jī)物取得能量和營(yíng)養(yǎng)成分。它們?cè)谕寥乐械臄?shù)量常與土壤有機(jī)質(zhì)的含量有關(guān)，因而在表層土壤中的發(fā)育量常高于其他層次。中國(guó)主要土類中的微生物數(shù)量見(jiàn)表1。

土壤生物主要功能

土壤微生物在土壤中的作用是多方面的，主要表現(xiàn)在:①作為土壤的活躍組成分,土壤微生物的區(qū)系組成、生物量及其生命活動(dòng)對(duì)土壤的形成和發(fā)育有密切關(guān)系。同時(shí),土壤作為微生物的生態(tài)環(huán)境,也影響微生物在土壤中的消長(zhǎng)和活性。②參與土壤有機(jī)物質(zhì)的礦化和腐殖質(zhì)化過(guò)程；同時(shí)通過(guò)同化作用合成多糖類和其他復(fù)雜有機(jī)物質(zhì)，影響土壤的結(jié)構(gòu)和耕性。土壤微生物的代謝產(chǎn)物還能促進(jìn)土壤中難溶性物質(zhì)的溶解。微生物參與土壤中各種物質(zhì)的氧化－還原反應(yīng)，對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的有效化也有一定作用。③參與土壤中營(yíng)養(yǎng)元素的循環(huán)，包括碳素循環(huán)、氮素循環(huán)和礦物元素循環(huán)，促進(jìn)植物營(yíng)養(yǎng)元素的有效性。④某些微生物有固氮作用，可借助其體內(nèi)的固氮酶將空氣中的游離氮分子轉(zhuǎn)化為固定態(tài)氮化物。⑤與植物根部營(yíng)養(yǎng)關(guān)系密切。植物根際微生物以及與植物共生的微生物如根瘤菌、菌根和真菌等能為植物直接提供氮素、磷素和其他礦質(zhì)元素的營(yíng)養(yǎng)以及各種有機(jī)營(yíng)養(yǎng)，如有機(jī)酸、氨基酸、維生素、生長(zhǎng)刺激素等。⑥能為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和醫(yī)藥衛(wèi)生事業(yè)提供有效菌種，培育高效菌系，如已在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用的有根瘤菌劑、固氮菌劑和抗生菌劑等。⑦某些抗生性微生物能防治土傳病原菌對(duì)作物的危害。⑧降解土壤中殘留的有機(jī)農(nóng)藥、城市污物和工廠廢棄物等，降低殘毒為害。⑨某些微生物可用于沼氣發(fā)酵，提供生物能源、發(fā)酵液和殘?jiān)袡C(jī)肥料。