土壤石油油污染是石油生产过程中造成的环境污染之一,也是石油生产企业急需解决的重要环境问题。传统的物理化学处理方法常常需要建设固定的处理设施,投加化学药剂,在处理运行过程中还需要温度、压力、电力供应等条件,处理成本高,同时还会产生造成二次污染。生物修复技术是一种利用微生物的降解作用来实现恢复石油污染土壤生态系统的技术,其处理成本约为传统的物理化学方法的1/3～1/5。该技术由于其具有处理成本低、没有二次污染、处理条件温和等良好的技术特点,受到广泛重视并得到飞速发展,已经成为目前国内外环境治理技术的研究热点,有望成为十分有前景的环境污染治理的替代技术。国内外有很多文献报道,但大量的研究成果目前仅处于室内研究和现场小试阶段,生物修复的技术效果还不稳定,对高含油量的污染土壤的生物修复效果还不理想。本论文根据大庆油田的生产实际,在对降解石油微生物进行分析研究的基础上,通过筛选确定降解石油的微生物菌株,同时紧密围绕如何提高原位生物修复的速度和效果这条主线,研制出了由四种具有不同功能的物质形成的一种适宜于石油污染原位生物修复的生物制剂,并确定了其使用方法及配比,形成了一套适宜于土壤石油污染修复的原位生物修复技术。与目前国际上已经形成商品化的美国专利产品OILGATOR生物降解素产品的对比结果表明,其效果已经达到或超过了其各项技术指标。同时该项技术成果已经通过了黑龙江省科技厅组织的技术鉴定,专家组评定认为,该技术已经达到了国际先进水平。为大庆油田乃至其他油田土壤石油污染的生物修复处理提供了一种经济可行的处理技术。全文研究主要分三个部分,分别简述如下:一、石油污染土壤生物修复技术的评价方法提出了准确测试土壤中含油量的分析方法。针对重量法测试土壤含油量存在的石油不能完全富集在溶剂中的问题,通过研究发现实测值与标准值之间存在明显的线性关系,其线性相关系数为0.9993,因此,提出了采用校正系数法对该测试方法进行修正,其校正系数为1.1625,得出的关系式为C实际=1.1625×C实测。修正后的测试方法的准确度由原来的88%提高到现在的大于94%。测试结果的相对标准偏差为0.43%,说明该方法的重现性较好。提出了以平板菌落计数法为微生物修复技术应用过程中生物量观察与监测的方法以及利用现代的分子生物学手段进行微生物观察的方法,并确定了微生物筛选、鉴定及群落动态过程分析的基本步骤和操作过程。二、降解石油微生物的鉴别分析与原位生物修复剂的研制采用污染场地的土壤,通过分离鉴别得到细菌菌株42株,真菌菌株8株,放线菌10株。根据菌落特征、菌株形态、孢子形态及生理生化特征对分离到的菌株进行鉴定,发现在石油污染土壤中存在的主要优势细菌包括微球菌属、节细菌属、芽孢杆菌属、产碱菌属、醋酸细菌属和黄杆菌属;优势真菌主要有黑曲霉、杂色曲霉、产黄青霉、常现青霉、绿色木霉、粉红头孢霉、出芽短梗霉和镰刀菌属;放线菌主要为链霉菌属,在降解石油活性微生物菌株中,真菌菌株的降解活性高于细菌和放线菌的降解活性,说明在石油污染土壤的生物修复中真菌起着主要的降解作用。在此基础上,筛选出了在含石油培养基上长势良好的8株真菌、3株细菌和2株放线菌。在确定优势菌株的基础上,以麦麸为载体,研制出了干粉末状微生物菌剂,并与生物营养素、生物表面活性剂和生物土壤活化剂共同构成了一种新的生物修复技术产品—ZL-1型生物修复制剂。同时还确定了该产品中四种物质的使用配比和使用方法。三、原位生物修复剂的生物修复实验研究1.原位生物修复剂室内实验研究以实际生产应用为目的,进行了矿化度、pH值、硫化物含量等因素的试验研究,研究发现:(1)采用大庆油田目前存在的三种水体:聚驱含油污水、水驱含油污水以及自来水作为处理过程中的用水,对生物降解过程不会产生影响。(2)矿化度对微生物的降解有影响,随着水体中矿化度的升高,微生物降解石油的速度变缓,但这种影响造成的差别并不大。(3)在偏酸性条件下,微生物降解石油的速率较高,在碱性条件下,微生物降解石油的速率较低,但总体的差别不大。(4)与基本上不含硫化物的含油污水作为稀释水的实验结果相比较,硫化物的存在会改善微生物降解石油的处理效果。采用从美国引进的生物修复剂(OILGATOR)与研制的生物修复剂(ZL-1)进行了室内评价试验,新研制的生物修复技术的效果如下:①对于引进的生物修复产品OILGATOR:污染土壤含油率为5%时,在室内温度的条件下(通常3月～5月,室内温度18～20℃,6月～9月室内温度20～25℃),通过3～6个月的生物降解处理,可使土壤中的含油率下降至0.3%,达到国家规定的排放标准;污染土壤含油率为15%时,在同样的室内温度条件下,通过近6个月的生物降解处理,可使土壤中的含油率下降至2%以下。微生物的初始降解速度较快,当含油量达到一定值(5%含油率达到1%左右,15%含油率达到3%左右)后,降解速度明显下降,含油率几乎不发生变化。②对于ZL-1型生物制品:污染土壤含油率为5%时,在室内温度的条件下(通常3月～5月,室内温度18～20℃,6月～9月室内温度20～25℃),通过3～6个月的生物降解处理,可使土壤中的含油率下降至0.3%,达到国家规定的排放标准。在污染土壤含油率为15%时,在同样的室内温度的条件下,通过近6个月的生物降解处理,可使土壤中的含油率下降至2%以下。微生物的初始降解速度较快,当含油量达到一定值(对于5%含油率达到1%左右,对于15%含油率达到2%左右)时,降解速度明显下降,含油率几乎不发生变化。通过对比研究表明,我们研制的微生物产品的处理效果已经达到了进口产品的处理效果。2.原位生物修复剂的现场试验研究在大庆地区的气候环境条件下,采从美国引进的生物修复产品与研制的生物修复产品分别对油田目前存在的三种不同类型固体含油废弃物的原位修复进行现场试验,以处理后固体废弃物中的含油量为处理效果的衡量指标来评价这两种微生物制剂的处理效果,试验发现:(1)对于污染井场的生物修复处理:单独使用OILGATOR污油降解素,在土壤初始含油率为13.628%时,经过二个月的降解,土壤的含油率可降到2.103%;在经过一年的时间最终土壤含油率可降到1.057%;单独使用ZL-1型微生物产品,在土壤初始含油率为8.231%时,经过二个月的降解,土壤的含油率可降为1.654%;一年后最终土壤含油率可降到0.298%;当OILGATOR产品和ZL-1型微生物产品联合使用时,在土壤初始含油率为9.132%时,经过二个月的降解,土壤的含油率下降到0.845%,一年后最终土壤含油率可降到0.286%。(2)对于联合站清出的含油污泥的生物修复:使用OILGATOR污油降解素,在土壤初始含油率为13.54%时,经过6个多月(温度在10℃以上)的生物降解,土壤中的含油量可以达到1%左右。使用ZL-1型微生物产品,在土壤初始含油率为6.10%时,经过相同时间的生物降解,土壤的含油率可降为0.185%,达到国标要求的指标。(3)对于落地石油回收处理点的含油污泥的生物修复:由于其含油量较高,且主要为重组分物质,因此处理效果较差。通过近3个月的试验,OILGATOR使含油量为40%的含油污泥的含油量降到了6%以下,ZL-1型生物制品使含油量为10%的含油污泥的含油量降到了2%左右。由此可以得出研制出的ZL-1型微生物产品用于石油污染土壤以及污泥的生物修复处理是可行的,其效果已经达到了国外进口的污油降解素OILGATOR产品的技术水平。四、本论文的创新点(1)首次将在盐碱地土质改良技术中引用良好的土壤改良剂,引入了石油污染土壤的生物修复技术中,大大地改良了污染土壤生物修复的效果。(4)将降解原有的微生物菌种、与生物表面活性剂和土壤改良剂以及营养物质有效地结合在一起,形成了一种用于石油污染土壤生物修复的微生物制剂,确定了几种物质的配比和使用方法。并开展了室内试验和现场试验,其处理效果达到了国外专利产品的应用效果。(3)采用生物修复过程中不断补充营养物质和土壤改良剂的方法,确保生物修复过程中的微生物的营养平衡和对微生物生长活性不断促进作用。(5)建立了准确测试土壤中含油量的分析方法,为实施生物修复处理过程中的实时检测评价提供了手段。