土著微生物修复石油污染地下水的研究.pdf
第 8 卷第 6期 2 0 1 0年 1 2月 VoI _ 8 No. 6 De c . 2 01 0 d o i 1 0 . 3 7 2 4 / SP. J 1 2 0 1 . 2 01 0 . 0 6 0 5 6 土著微 生物修复石油污染地 下水 的研 究 陈 立 , 张发 旺 , 张 琳 , 张娟 娟 。 1 . 中国地质科学 院 水文地质环境地质研究所 , 石家庄 0 5 0 0 6 1 ; 2 . 中国地质大学 北京 , 北京 2 0 0 0 8 3 ; 3 . 石 家庄 经济学院 , 石家庄 0 5 0 0 0 0 摘要 采用优化土著微生物菌群 的生物技术 , 开展 r 华北濮 阳地 区石 油污染地 下水 的修 复实验。选择 优化 出的菌群包 括假单胞菌属、 微球菌属 、 放 线菌 属 、 真菌 类 的青霉属 、 喃霉属 ; 实验过 程 中 , 分别 在石 油含 量为 1 8 2 . 0 mg / I 、 8 6 2 . 5 mg / i 、 l 6 9 5 . 0 mg / I 污染水 中加入 了 1 . 5 的优化 菌群制剂 。经过 2 8 d 、 3 7 d 、 3 7 d的修复实验 , 三种浓度 中石油污染 物的最大累计去 除率分别 为 5 3 . 4 6 2 8 d 、 7 0 . 8 7 3 7 d 和 5 8 . 1 9 3 7 d , 和对照 5 的净化 率相 比, 加入优化菌 群制剂显著提高了石油污 染物 的去除率 ; 温度是影响修复效果的因素之一 , 3 0。C是该菌群 的最 佳生长温度 , 对油污地 下水的修 复效果最 明显 , 浓度是影响石油污染物浓度 的另一重要因素。 关键词 土著微生物 ; 修复 ; 石油污染 ; 温度 ; 浓度 中图分类号 X 5 2 3 文献标识码 A 文章编 号 l 6 7 2 1 6 8 3 2 0 1 O 0 6 0 0 5 6 0 3 Exp e r i me nt a l S t u d y o n I n di g e no u s M i c r ob i a l Re me d i a t i o n of Oi l c o nt a mi n at e d Gr o u nd wa t e r CHEN L i ~, ZHANG F a wa n g , ZHANG Li n , ZHANG J u a n j u a n 。 1 . T h e I n s t i t u t e o Hy d r o g e o l o g y a n d E n v i r o n me n t a l G e o l o g y, C h i n e s e Ac a d e my o J Ge o l o g i c a l Sc i e n c e s , Sh i j i a z hu a n g 0 5 0 0 6 1, Ch i n a; 2 . Chi n a Un i v e r s i t y o J Ge o s c i e n c e s, Be i j i n g, 1 00 0 83 , Chi n a; 3 . S h ij i a z h u a n g U n i v e r s i t y o J Ec o n o mi c s , S 巧 “ 。 n g 0 5 0 0 0 0 , C h i n a Ab s t r a c t Us i n g op t i m iz e d i n d i g e n o u s mi c r o b i a l f l o r a b i o t e e h n o l o g y,we ha d c o n d u c t e d r e p a i r e x p e r i me nt a l r e s e a r c h o n o i l c o nt a mi n a t e d g r o u n d w a t e r i n Pu y a n g a r e a o f No r t h Ch i n a . Th e s e l e c t e d o p t i mi z e d f l o r a i n c l u d e ps e u d o m o na s ,n l i c r o c oc c u s ,a c t i n o my c e s ,f u n g i s u c h a s p e n i c i l l i u m a n d a s p e r g i l l u s ;i n e x p e r i me n t p r o c e s s ,a d d 1 . 5 s o p t i mi z e d f l o r a p r e p a r a t i o n i n t o t h e p o l l u t e d wa t e r s w i t h。 i l c o n t e n t o f 1 8 2 . 0 mg/l ,8 6 2 . 5 mg/ 1 a n d l 6 9 5 . O mg/1 .Af t e r 2 8 d a y s, 3 7 d a y s a n d 3 7 d a y s r e me d i a t i o n e x p e r i me nt s ,t h e n l a x i r nu m c u mu l a t i v e r e mo v a l r a t e s o f o i l p o l l u t a n t s i n t h e t h r e e c o n c e n t r a t i o n s a r e 5 3 . 4 6 2 8 d ,7 0 . 8 7 3 7 d a n d 5 8 .1 9 3 7 d .Th e t e mp e r a t u r e i s o n e o f t he r e r n e d i a t i o n a f f e c t i ng f a c t o r s a n d 3 0 C i s t h e b e s t f l o r a g r o wt h t e mp e r a t u r e,wi t h t h e l n o s t s i g n i f i c a nt r e m e d i a t i o n e f f e c t o n o i l c o n t a m i n a t e d g r o u n d wa t e r ;c o n c e nt r a t i o n i s a n o t h e r im p o r t a n t f a c t o r i n f l u e n c i n g o i l p o l l u t a n t s ;i n s t e r i l e c o n t r a s t e xp e r i me n t ,t h e r e mo v a l r a t e o f o i l p o l l u t a n t s i s wi t hin 5 ,i n d i c a t i n g s l o w g r o u n d wa t e r o i l d e g r a d a t i o n i n n a t u r a l c o n d i t i o n s . Ke y wo r d smi c r ob i a l r e m e d i a t i on;o i l ;c o n t a mi n a t e d g r ou n dwa t e r ;t e mp e r a t u r e ;c o n c e nt r a t i o n 石油 开采过程 中井下作业 、 油气集输 、 垃圾堆积 以及事故 等都会造 成 油类 经 包 气 带 进 入 地 下 水 中 , 危 害 地 下 水 资 源E 。国际上对修复石油类污染地下水 的问题开展较早 , 在 2 O世纪 8 O年代 , 美国建立 地下 水土 污染“ 超级基 金” 治理 项 目 ] 。其 中绝大部分用于治理石油及其衍生物污染 , 欧 洲一 些 国家也在此方面大黾 投资进行 修复 , 并取得 一定 效益 国内地下水污染较重 , 但 大多侧 重于对 其污染物 的成分分 析 以及对其迁移和转化进行模型预测 的分析 ” ] 。而修复技术 的研发起步较晚 , 且 大多集 中在物理 和化学方 法 。 。 。微生 物的方法研究技术近些年取得了明显进展 。微 生物修复技术 主要机理是石油烃直接参 与了微生 物的生化 反应 , 通过代谢 作用降解土壤中的污染物 。 本研 究是通过对 华北濮 阳地 区石 油污染土壤与地下水调 查采样 , 利用优化筛选出的各类土著微生物菌群 , 进行了地下 水石 油污染的室内模 拟降解 实验 , 为现场修 复地下水 奠定 了 技术基础 。 收稿 日期 2 0 1 0】 0 1 8 修 回日期 2 0 1 0 1 I - 1 5 基金项 目 巾国地质调查局 国土资源大调 查项 目 1 2 i 2 0 1 0 7 3 4 4 1 1 ; 公 益性行业科研专项经费项 目 2 0 0 8 3 3 4 0 7 2 作者简介 陈立 1 9 7 4 , 男 , 宁夏盐池人 , 在读博士 , 助理研究员 , 从事矿山地质环境 和土壤修 复方面研究 通讯作者 张发旺 1 9 6 5 一 , 男 , 河北深州人 , 研究员 , 博 士, 从事矿 山地质环境方面研究 。 . 5 6.。 生 恕 与环境 y O [ 技 C 科呲 S 利 水 W d 与a 一 调 北 ,三 水 W 南 小 N 0 陈 立等 土著微 生物修复 石油污染地 下水 的研 究 1 实验材料和方法 1 . 1 材料 化 学 试 剂 Mg S O4 7 H 2 0、NH4 NO3 、 Ca C 1 2 、 Fe C1 3 、 KH2 PO4 、 K2 HPO4 、 Eel 、 NH4 2 S O4 、Ca CO3 、 Na C1 、 可 溶 性 淀粉 、 蔗糖 、 乳酸 、 盐酸 、 琼脂 、 液体石蜡等 , 上述试剂 为培养基 和实验添加成分 。石油 醚、 三氯 甲烷等分析石油用试剂 , 均为 分析纯 。 原油 中原油田采油五厂油 田地下 2 4 0 0 m采 出。 培养基 新鲜马铃薯 ; 菌种筛选水 濮 阳地区石油污染 地下水样品 ; 试 验 用 水 蒸 馏 水 p H 为 7 . 2 , TDS为 3 7 0 mg / L 。 1 . 2石 油含 量测 试方 法 石油含量分析测试采用 紫外分光 光度法 GB / T 5 7 6 0 . 7 2 0 0 6 , 最低检测 限为 0 . 0 0 5 mg / L。p H值采用 p HB 一 3型 p H 计测定 , T DS 用 D D B - 3 0 3 A型 电导率仪测定 。 1 . 3 降解细菌的培养方法 石油降解 细菌的培养优选 方法如 下 地 下水微 生物 细菌 依照 水生微生物 学 实验 法 _ l , 土壤 微 生 物细 菌 培养 采 用 土壤微生物研究 法 和参 考文 献 。 介绍 的方法 , 细 菌 初步鉴定用 常见细菌系统鉴定手册 _ 2 中的方法 。 1 . 4修 复方 法与 步骤 1 . 4 . 1 石油 降解 菌的分 离 与优 选 用 细菌的选择性培 养基和 富集培养 基 , 对 油 田采 油井周 围石油污染地下水 的样 品进行菌种 、 菌群的培养分离 , 优化选 择 出降解石油污染 的菌种 、 菌群 。试验 选择优 化 出的细菌根 据 常见细菌系统鉴定 手册 中的方法初 步鉴定 主要为 细菌 类 A , 假单胞菌属 、 微球 菌属 放线菌类 B , 放线菌属 ; 真菌 类 C , 青霉属 、 曲霉属 等菌群。 将上述选 出的优势菌群 , 利用 不 同的培养基 进行扩 大培 养 。各类菌群培养 3 ~5 d后 , 再 按等 份进 行 3 ~7 d混合 培 养 , 以便备用 。 1 . 4 . 2试验 步骤 在 1 5 0 mL三角瓶分 两批 次实 验 , 每批 次实 验温 度和 石 油含量不尽 相同。第 一批次 实 验时 间为 2 0 0 8年 5月 2 0日 至 6 月 1 7日 设 3 个 温度梯度 , 分别为 2 5℃ 、 2 0。c、 1 5。C, 每 个温度梯度 下石 油 含量 为 1 8 2 . 0 mg / I , 以不 添加 石油 为 对 照; 第-- t k 次 实验时 间为 2 0 0 8 年 6 月 2 7日至 8月 1 2日 设 4 个温度梯度 , 分别 为 3 5℃、 3 O℃ 、 2 5℃和 2 o℃, 每个 温度 梯度下设两个石油浓度 , 分别 为 8 6 2 . 5 r a g / L和 1 6 9 5 . 0 mg / L 。 所 有处理设 7个重复 。 在 1 2 1℃下 , 将三 角瓶灭菌 3 0 mi n , 然后在每个瓶 中加入 2 O mL用地下水配制的无菌培养液 。在第一批次三角瓶 中加 入含 1 石油的石油 醚乳 剂 2 O mL, 与无 菌培 养液 混合 后用 氮气 吹脱石油醚 , 测得其石 油含 量为 1 8 2 . 0 mg / L; 第二 批次 实 验 中 , 一部 分 三 角 瓶 中 加 入 含 1 O 石 油 的 石 油 醚 乳 剂 1 0 mL, 与无菌培养液混合后 用氮气 吹脱石 油醚 , 测得 石油 含量 为 8 6 2 . 5 mg / L, 一部 分三 角瓶 中加 入含 1 O 石油 的石油 醚 乳剂 2 O mL, 与无菌培养液混合后用氮气吹脱石油醚 , 测得 石 油含量为 1 6 9 5 . 0 mg / L。接着 每瓶按 1 . 5 接入 菌液 制剂 , 用棉塞封 口, 每天以转速 5 0 r / rai n摇床培养 2 h , 一定 的时间 各取 出一瓶样 品, 分析石油含量 。 2结 果 与讨 论 2 . 1 石 油 污染物 的去 除率 第一批次实验结果见表 1 。 表 1 第一次实验 中石油污染物降解率随时 间变化 Ta b l e 1 Re s u l t s o f o i l c o n t e n g t s wi t h t i m e d u r i n g b a c t e r i a l d e g r a d a t i o n i n o i l c o nt a mi n a t e d g r o u n d wa t e r f o r f i r s t b a t c h 表 1 显示 , 加入菌剂对地下水 中石油 污染 物有降解作用 。 在选 择 的 3个 温 度 中, 经 过 2 8 d的 降 解 , 降 解 率 超 过 了 2 7 . 4 7 。对照样 品中的石油含量变化不 大, 在 5 以内, 说 明 在同等温度无菌条件下短时间内地下水中石油降解是缓慢 的。 第一次实验发现 , 随温度 升高 , 石油污染物累计降解率也 在升高 。因此 , 第二次 实验增加 了两个温度 的设置 , 且石油污 染物的浓度加大 , 实验 时间延 长, 结果见表 2 。 表 2 第二次实验中石油污染物降解率随时间变化结果 Ta b l e 2 Re s u l t s o f o i l c o n t e n g t s wi t h t i me du r i n g b a c t e r i a l d e g r a d a t i o n i n o i l c o n t a m i n a t e d g r o u nd wa t e r f o r s e v o n d b a t c h 3 0 0 3 0 . 3 8 4 2 . 5 8 5 5 . 1 4 6 4 . 6 4 6 7 . 8 3 7 0 . 8 7 3 5 0 1 4 . 0 4 3 3 . 3 6 4 2 . 6 1 5 0 . 4 4 5 2 . 8 5 6 . 3 4 8 6 2 . 5 25 0 1 7 . 1 2 8 . 4 1 3 4 . 4 9 4 3 . 4 8 5 0 . 7 2 5 2 . 5 9 2 0 0 l 1 . 5 9 2 5 . 0 4 3 0 . 4 3 4 0 . 8 7 4 9 . 8 6 5 2 . 1 4 3 0 0 1 9 . 0 4 3 5 . 9 4 5 . 1 8 5 1 . 6 5 5 . 4 6 5 8 .1 9 3 5 0 1 2 . 9 8 2 6 . 8 4 3 8 . 6 4 4 5 . 1 3 5 1 . 3 3 5 1 .6 1 6 9 5 . 0 2 5 0 9 . 4 4 l 8 . 8 8 2 9 . 5 9 3 6 . 2 8 4 3 . 5 6 4 7 . 5 6 2 0 0 7. 9 6 1 8 .2 9 2 8. 0 2 3 5 .8 5 4 0 . 4l 41 . 8 6 对 照 2 0 0 0 . 0 8 0 . 3 3 0 . 6 3 1 . 6 3 1 . 9 2 . 2 4 实验结果进一步验证了微生态细菌在地下水石油污染中 的修复作用 。在选 择 的 4个温度 中 , 经过 3 7 d的 降解 , 降解 率超过 了 4 1 . 8 6 %。对照样品 中的石油含量变化不大 , 在 3 以内, 说明在 同等温度无 菌条件 下短时 间内地下水 中石油 降 解是缓慢 的。在 同等条件 的平 行实验 效果也基 本一致 , 得 到 了相 互 验 证 的效 果 。 2 . 2温度 对石 油 污染物 去除 率的影 响 温度是影 响微生 物生存 的重 要 因素之一 , 微 生物 的活 动 强度 、 生 化作 用都 与此相关 , 环境 中的微生物均在一定 的温度 范 围内生存 , 温度 的适 中可使 细菌细 胞 中的生物化学 反应速 ls生 恕l与 环境 ; .5 7. 第 8卷 总第 5 l期 南水北调与水利科技 2 0 1 0年第 6 期 率加快。 由两次实验可知 , 第一批次实验效果不明显 , 石油污染物 在 2 O℃下 , 经 过 2 8 d后 累计 去 除率 仅 为 4 1 %, 同样 天 数 , 2 5℃下石油污染物 的累计降解率达到 5 3 . 4 6 , 2 5℃的实验 效 果要好 于 1 5℃和 2 0 C的实验效 果, 2 0℃的实验效果 要优 于 1 5℃的效果。 第二批次实验两种浓度在选择 的 4个 温度 中, 3 O℃实验 瓶 中石 油污染物 的累计降解率达到 7 o . 8 7 和 5 8 . 1 9 , 这 比 2 5。C和 3 5 C情况下效果都好 , 说 明 3 o℃是本次所 选菌 剂最 佳生长温度 。在此温度下 , 去 除石 油污染物效果最佳 。 实验天数/ d 图 1 第二次 实验 中石油污染物降解率在不用温 度 下随时间变化结果 f 8 6 2 . 5 mg / L Fi g 1 Ch a n g o f d e g r a d a t i o n r a t e s wi t h t i me i n o i l c o n t a mi n a t e d s o i l s o f d i f f e r e n t t e mp e r a t u r e 8 6 2 . 5 mg / I 2 . 3 浓度对 石油 污染物 去 除率 的影 响 第二批次实验 中设置 了 8 6 2 . 5 mg / L和 1 6 9 5 . 0 rag / l 两 种浓度 。从实验结果看 , 同等温度下 , 小浓 度的实验瓶 中石油 污染物 的累计去除率 比大浓度的大 。除 3 O℃外 , 小浓度 的其 他温度实验瓶的石油污染物的 去除率 比大 浓度 的 3 5℃的累 计去除率都大 。另外 , 第一次 实验 2 8 d后 2 5。 C实验瓶 中的 石油去除率为 5 3 . 4 6 , 而第二次实验 3 0 d后 2 5℃实验瓶 中 的石油去 除率 为 5 2 . 5 9 。可见 浓 度对 实验 效 果有 很 大影 响 。这是因为加入 同等数量 的菌剂 , 其可 以消 耗掉 的石 油污 染物的的数量是相同的。 3 结 论 利用优化土著微生物菌群的微生物技术 , 进行了华北地 区 石油污染地下水的微生物修复实验研究 。在两次实验过程 中, 加入经过筛选放大培养的菌剂 , 分别经过 2 8 d和 3 7 d 后 , 石油 污染物累计去除率最 大分别为 5 3 . 4 6 和 7 O . 8 7 , 说 明本次 所选菌剂对修复油污地下水 具有 明显效果 。通 过设置不 同温 度 , 可 以得 出 3 o℃是该菌群 的最佳生长 温度 , 对油污地 下水 的效果最明显 。另外 , 同等菌剂量的情 况下 , 石油污染物的浓 度越大其去除率越低。而无菌对照实验的石油含量变化在 5 以 内, 说 明在 自然条件下地下水 中石油降解较缓慢。 参考文献 [ 1 ] E 2 ] Bi o d g e t t , W. 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J o u r n a l o f J i l i n Un i v e r s i t y E a r t h S c i e n c e E d i t i o n, 2 0 1 0, 4 0 2 , 3 9 9 4 0 4. i n Chi n e s e 下转 第 7 7页 豪一 斟琏世 张娟娟等 中原地 区植物一微 生物修复 石油污染土壤 的试验研 究 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 1 O ] t y, 2 0 0 7, 42 5 1 0 8 1 l 3 . i n Ch i n e s e Cha n c y R L, M i n n i e M , Li Y M . Ph y t o r e m e d i a t i o n o f So i l M e t a l s [ J ] . C u r Re n t p in i o n i n o t e c h n 。 1 。 g y , 1 9 9 , 8 2 7 9 ~ 2 8 4 . Ad r i a n o D C, W e n z e l W W , B l u mw E H . Ro l e o f Ph y To r me d i a Ti o n i n t h e Es t a b l i s h me n t o f a Gl ob a 1 S o i l r e me dia t i o n n e t wo r k [ A] , P r o c e e d i n g s I n t e r n a t i o n a l S e mi n a r o n Us e P l a n t s f o r E n v i r t o n me n t a l R e me d i a t io n [ C] . T o k y o 1 9 9 7 . 3 2 2 5 . S a n j e e Mi s h r a, J e e v a n J y o t .2 0 01 , I n Si t u Bi o r