固定化微生物

1 引言

随着石油工业的迅速发展油气田开发对土壤的污染越来越严重。石油污染土壤已经是石油及石化企业的重要污染之一，其中的石油污染物对人体及环境具有很高的毒害作用。土壤污染不仅会破坏其自身结构、改变其物理化学性质，而且会影响作物的产量和品质，并通过食物链危害人类的健康和生命。因此，修复污染土壤，保障人类健康，已引起各国政府及环境学家的广泛关注，成为当前国内外环保研究的热点。

2 石油污染土壤的现状及危害

随着国民经济的迅速发展，人们对石油的需求不断增加，石油的勘探开发、运输及炼制过程中，石油污染问题日益凸显，特别是土壤污染日趋严重。据报道，目前世界石油总产量每年约有22亿t，其中约有800万t石油进入环境已造成污染，我国石油年产量已超过1亿t，每年新污染土壤10万t，其中每年有近60万t石油进入环境，污染了土壤、地下水、河流和海洋[fll。石油污染土壤主要由于石油的泄漏和排放引起的，一般集中在油田、油库、炼油厂周围，对土壤的污染大多集中在20cm左右的土壤表层[f2l。我国许多油区污染严重，例如陇东油区年产原油约200万吨是中国第二大油田的中心区，石油污染面积正在逐年扩大，目前石油污染面积SOO}l000hm2，在重污染区，土壤原油含量高达3510mg/kg，高出临界值(200mg/kg) 17.6倍。因此，修复石油污染土壤，加快土壤的修复和治理显得尤为重要。

石油是一种成分极其复杂的混合物，主要是由各种不同的碳氢化合物组成，还含有少量的氧、氮、硫、氯、硅和磷等非金属元素以及少量的重金属元素成分。石油通常指原油和石油初加工产品(包括汽油、煤油、柴油、重油、润滑油等)及各类油的分解产物，主要包括烷烃、环烷烃和芳香烃、烯烃等，其中多环芳香烃类物质被认为具有严重的致癌、致突变、致畸作用，其形态包括气体、挥发性液体、高沸点液体以及固体等[[3,4] o

石油进入土壤后，影响土壤环境质量，严重威胁着生态环境、食品安全和人身健康:

1）石油吸附在土壤颗粒表面堵塞土壤孔隙，降低了土壤透水性，改变土壤有机质的组成、结构和物理化学性质，引起土壤有机质的变化如碳磷比;

2)石油在植物根系表面形成一层粘膜，阻碍植物根系的呼吸与吸收，引起根系腐烂，影响植物的根系生长，致使农作物减产;

3)石油积累在土壤低等动物(如蛆叫等)体内导致其死亡，生态平衡遭到破坏;

4)土壤中的石油烃由植物根系吸收作用进入其体内并逐渐积累，再由食物链进入动物和人体，使环境生态和人体生命健康受到威胁;

5)石油进入土壤在渗透过程中沿着地表扩散、侵蚀土层，使土壤盐渍化、沥青化、板结化;没有被土壤吸附的石油在重力作用下还沿土壤深部迁移，增加污染范围，渗入到地下污染地下水，从而对环境的多个层面产生广泛影响。

近年来的研究表明，石油和石油化工产品，经常以非水相液体(NAPL)的形式污染土壤、含水层和地下水，若未被土壤吸附的NAPL的密度比水大，石油污染物将穿过地表的土壤层，进入含水层，在其底部扩散;而密度比水小的则沿地下水面横向扩展，其可溶性成分逐渐扩散到水中，从而形成一种持久性污染源。Nayef Z Al-Mutairi等使用毒性实验和蛆叫来监测分析生物修复石油污染土壤过程，发现旧污染的毒性比新污染的大，代谢产物的毒性有逐渐增大后减小最后不变的趋势。因此，寻求对已污染土壤的经济、有效的治理与清洁措施，加速污染与退化农田生态系统的修复与重建，实现我国农业持续发展、保障人类健康，保护生态，所必须解决的关键问题之一。

3国内外处理石油污染土壤的研究现状分析

为了消除环境中石油烃的污染，修复土壤石油污染经历了多层面和多方位的技术革新和研究，人们不断研究发展了多种石油污染土壤的修复方法。目前石油污染土壤的处理大体主要分为三种方式:物理法，化学法和生物法。

3.1物理法

物理法是修复石油污染土壤技术中常用方法之一，主要包括热处理法(焚烧法)、换土法、隔离法等，但这些方法均存在一定的缺陷和局限性，使其应用受到不同程度的限制。例如热处理法在净化土壤时破坏土壤结构和组分，且焚烧过程会产生有毒有害物质而对环境造成二次污染;隔离法只是阻止石油烃在土壤中的迁移，没有改变石油烃的结构，因此不能作为一种永久性的处理方法;换土法一般仅适用于小面积污染特别严重的土壤的治理，特别是事故后的简单处理，并且换土法消耗的人工费用较高，难以应用于大面积土壤污染的处理。

3.2化学处理法

化学处理法也是目前修复石油污染土壤中比较常用的方法[f 12l，主要包括:1)萃取法:根据相似相溶原理，利用有机溶剂萃取、分离、回收污染土壤中的石油烃，并实现废物的资源化，比较适合于受石油烃污染较严重的土壤。2)土壤洗涤法:破碎污染土壤，混入足够的水和洗涤剂，过滤土壤、水和洗涤剂相互作用的浆液，将洗去石油烃后的土壤重新归入环境。3)化学氧化法:向被石油烃污染的土壤中喷撒或注入化学氧化剂，使其与污染物质发生化学反应来实现净化的目的，该方法适合土壤和地下水同时被石油烃污染的治理。这些化学处理方法除油效果较好，但是操作复杂，并且加入的化学试剂很容易引起土壤的二次污染，破坏土壤环境的正常生态系统，因此其实际应用受到

了很大的限制。

3.3生物修复法

物理法和化学法虽小范围内可以产生较好效果，但存在处理费用高，二次污染严重以及不适合工业化推广等缺陷。因此从20世纪80年代末和90年代初期，国外开始致力于以物理化学方法为辅的生物修复技术，即物理化学法与生物修复法联合修复污染物。生物修复技术由于具有安全，高效、无二次污染，经济效益好等优点，被人们认为是进行污染土壤生物修复的最有效、最有前途的一种污染治理技术。石油污染生物修复技术作为一种新兴的处理技术，目前还没有统一的分类方法，生物修复主要包括微生物修复、植物修复和植物一微生物联合修复。

3.3.1微生物修复

微生物修复一般是指利用土壤中的土著微生物或向污染环境添加经驯化的外源高效降解菌，有时也添加基因工程菌，在优化的环境条件下，加速其分解有机污染物，修复被污染的土壤，具体可以分为原位生物修复和异位生物修复两部分。

1)原位修复是指不移动受污染的土壤，在原位投放氮、磷营养物质或供氧，促进土著微生物的生长繁殖，或接种经驯化培养的高效微生物，利用其代谢作用有效的降解土壤中的污染物，包括投菌法、生物培养法、生物通气法等。投菌法是向受污染的土壤中投入高效降解菌，同时提供微生物生长所需营养，包括以N, P为主的常量营养元素和微量营养元素。其微生物可以是自然界筛选的微生