一种生物炭基复合菌剂强化修复石油污染土壤的方法与流程

本发明涉及一种油泥及石油污染土壤的治理方法，尤其是涉及一种生物炭基复合菌剂强化修复石油污染土壤的方法。

背景技术：

石油开采和炼化行业产生了大量的含油污泥，由于历史原因，缺乏完善的监管体制，且治理技术缺乏，油泥通常未经处理直接以填埋和堆置的方式处置，因此遗留了严重的油泥污染问题。含油污泥如果不及时以适当的方式处理，会对周边环境造成不同程度的影响。例如，含油污泥中的油气挥发会污染空气，对周围居民的身体健康产生较大的危害；堆放的油泥会污染地表水甚至地下水，对人体有潜在的健康风险；并且含油污泥中大量的原油，会造成土壤的板结、植被破坏、从而影响生态环境。随着国家环保政策的逐渐趋严，含油污泥的治理市场也将逐渐规范，治理油泥的技术也逐渐完善。生物修复技术因具有操作简单，成本低廉，不破坏土壤环境，无二次污染且处理效果好等优点而备受关注。其中，通过筛选高效石油降解菌，添加到石油污染土壤中降解石油烃的方法，称为生物强化修复法。

生物强化修复技术通过生物因素和非生物因素调节菌剂对石油的降解能力。生物因素中通过添加高效石油降解菌来增强对石油污染土壤中石油的分解，但石油降解菌容易受到土壤环境和石油烃的影响，存活率较低，降解能力有限。因此，需要通过调节非生物因素，提高菌剂对石油烃的降解能力。例如，为石油降解菌增加载体来增强微生物在土壤中的存活能力，从而提高降解率；改善土壤环境，通过调节土壤透气性、含水量以及土壤中污染物的迁移能力等，为菌剂提供良好的降解条件。

中国专利cn106734181公布了一种石油污染土壤的微生物修复方法，该方法利用铜绿假单胞菌pseudomonasaeruginosa和无色杆菌achromobactersp以及生物表面活性剂粗品联合修复石油污染土壤或降解油泥中的石油类，该方法对石油污染土壤或油泥中石油烃具有显著的降解效果。受试石油污染土壤的起始含油量为20000mg/kg-130000mg/kg，降解效率可达到75-91％。但是该方法降解石油污染土壤或油泥的过程中，使用游离的菌液作为菌剂，由于游离的菌剂在污染介质中容易受到环境的影响，生长缓慢、存活率降低且降解石油性能也易受到影响，因此需要加入大量的生物质材料和表面活性剂粗品作为增强降解石油能力的手段，不仅耗费了大量的资源，而且过量的表面活性剂会使降解石油微生物出现生长缓慢，降解能力降低等现象。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种生物炭基复合菌剂强化修复石油污染土壤的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种生物炭基复合菌剂强化修复石油污染土壤的方法，包括以下步骤：

生物炭基复合菌剂的制备：以生物炭为载体，通过吸附法制备分支杆菌csc-6菌液；

生物表面活性剂的制备：以甘露醇为碳源，将铜绿假单胞菌w-3发酵培养，得到制备含生物表面活性剂的发酵液；

污染土壤的养护：将污染土壤破碎、过筛后，加入复合肥，加入含生物表面活性剂发酵液的稀释液，调节土壤含水率为20～50％，附上多孔膜，在20～30℃下养护1～2周；

污染土壤的降解：向养护后的污染土壤中加入生物炭基复合菌剂，每1～2周翻耕1次，并调节土壤含水率为20～50％。

其中，所述污染土壤、复合肥、含生物表面活性剂发酵液的稀释液和生物炭基复合菌剂的重量份配比为：100：0.01～0.05：0.1～0.5：1～5。

所述分支杆菌csc-6(mycobacteriumsp.csc-6)的保藏编号是cctccno:m2017726，在中国典型培养物保藏中心保藏，保藏日期为2017年11月27日。

所述铜绿假单胞菌w-3(pseudomonasaeruginosa)的保藏编号是cctccno:m2010048，在中国典型培养物保藏中心保藏，保藏日期为2010年03月5日。

所述分支杆菌csc-6菌液中分支杆菌csc-6的质量分数为0.5～5.0％。

所述含生物表面活性剂发酵液的稀释液中铜绿假单胞菌w-3的质量分数为0.1～0.5％。

所述生物表面活性剂为鼠李糖脂。

所述的生物炭选自稻壳、棉杆、粳稻或藤条中的一种或多种。

所述污染土壤的养护步骤中，污染土壤过筛后的细度为大于10目。

所述复合肥的重量百分含量的组成为：所述复合肥的重量份含量组成为：速效氮15～20份、五氧化二磷16～21份、黄腐酸钾15～20份、甲壳素4～6份、氨基酸12～16份、钙镁硫12～16份。

所述污染土壤为油泥或油泥砂，其含油量为30000～95000mg/kg。

所述污染土壤修复1～6个月后，石油去除率为13.5～89.9％。

当污染土壤的含油量为30000～50000mg/kg时，修复1-6个月后，石油去除率为20.5～85.7％。

与对比文件cn106734181不同，本发明中，向石油污染介质中加入适量的复合肥增强污染介质的肥力，加入少量的生物表面活性剂使石油污染物易从土壤中脱附，加入生物炭基复合菌剂和使用其他物理手段增强降解菌的降解能力。其中，生物炭是一种多孔碳材料，具有巨大的比表面积和很强的吸附能力，能够改善污染介质环境以及促进微生物对污染物的。本发明利用生物炭的高比表面积的特性，一方面其对污染物的良好吸附性，另一方面其表面和结构特性还能改善土壤微生物的生长环境。生物炭较高的孔隙率和较大的比表面积能够为土壤微生物提供潜在的栖息环境，提高土壤的生物活性，从而使污染土壤修复速率加快。

本发明中，污染土壤体系中加入的复合肥的量、翻耕的次数、土壤的含水量、处理的温度等对石油的去除效果均具有较大的影响。其中，复合肥能够为微生物提供生长和降解石油所需的营养元素；翻耕使土壤通风并为微生物提供足够的氧气；土壤中的水分为微生物提供生长所需的水分且为生物表面活性剂乳化石油提供介质；合适的温度是微生物的生长的必要条件。保持以上处理工艺参数在合理的范围内，能够强化生物菌剂修复石油污染物的效果。本发明通过大量实验，优化了试验过程工艺参数，最终得到了修复石油污染物最佳效果的工艺方案。

与现有技术相比，本发明使用的生物表面活性剂不仅能够提高石油在土壤中的迁移能力，而且会自然生物降解，不会产生二次污染、绿色环保；其中w-3菌株对石油中的多环芳烃的降解具有促进作用；生物炭基复合菌剂强化修复石油污染土壤的方法，能够有效提高菌剂降解石油的能力；其对较低浓度的石油污染物具有较好的降解能力，同时对浓度较高的石油污染物也具有一定的降解能力；并且本发明工艺过程简单易操作，工艺参数容易控制，最终降解质量和降解效率得到有效保证。

附图说明

图1为含油量为30000mg/kg的新鲜石油污染土壤的降解率；

图2为含油量为50000mg/kg的新鲜石油污染土壤的降解率；

图3为含油量为38000mg/kg的天津油泥砂的降解率；

图4为含油量为95000mg/kg的新疆油泥的降解率。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

一种生物炭基复合菌剂强化修复石油污染土壤的方法，用于降解污染土壤中的石油，包括以下步骤：

(1)生物炭基复合菌剂的制备：以生物炭为载体，通过吸附法制备分支杆菌csc-6菌液；分支杆菌csc-6的保藏编号是cctccno:m2017726，在中国典型培养物保藏中心保藏，保藏日期为2017年11月27日；生物炭可以为稻壳、棉杆、粳稻或藤条中的一种或多种的混合物。

(2)生物表面活性剂的制备：以甘露醇为碳源，将铜绿假单胞菌w-3发酵培养，得到制备含生物表面活性剂的发酵液，此生物表面活性剂为鼠李糖脂；铜绿假单胞菌w-3的保藏编号是cctccno:m2010048，在中国典型培养物保藏中心保藏，保藏日期为2010年03月05日。

(3)污染土壤的养护：将污染土壤破碎、采用细度为大于10目的分样筛对污染土壤进行过筛，然后加入复合肥，该复合肥的重量百分含量组成为：速效氮15～20份、五氧化二磷16～21份、黄腐酸钾15～20份、甲壳素4～6份、氨基酸12～16份、钙镁硫12～16％；加入含生物表面活性剂发酵液的稀释液，调节土壤含水率为20～50％，附上多孔膜，在20～30℃下养护1～2周；

(4)污染土壤的降解：向养护后的污染土壤中加入生物炭基复合菌剂，每1～2周翻耕1次，并调节土壤含水率为20～50％。

步骤(3)和步骤(4)中污染土壤、复合肥、含生物表面活性剂发酵液的稀释液和生物炭基复合菌剂的重量份配比为：100：0.01～0.05：0.1～0.5：1～5；分支杆菌csc-6菌液中分支杆菌csc-6的质量分数为0.5～5.0％；含生物表面活性剂发酵液的稀释液中铜绿假单胞菌w-3的质量分数为0.1～0.5％。

本发明方法处理的污染土壤为油泥或油泥砂，其含油量为30000～95000mg/kg；对含有30000～50000mg/kg的新鲜石油污染的土壤，修复1～6个月后，石油去除率达到20.5～85.7％；对含有38000mg/kg的天津某油田油泥砂，修复1～6个月后，石油去除率达到23.5～89.9％；对含有95000mg/kg的新疆某油田油泥，修复1～6个月后，石油去除率达到13.5～50.9％；该方法对较低浓度的石油污染物具有较好的降解能力，同时对浓度较高的石油污染物也具有一定的降解能力。

下面实施例对本发明的应用情况做具体说明：

实施例1

本实施例采用生物炭基复合菌剂强化修复石油污染土壤的方法处理新鲜石油污染的土壤，试验方法如下：

(1)采集未经污染的新鲜土壤，破碎后过10目分样筛，掺入石油使含油量为30000mg/kg，得到含油量为30000mg/kg的新鲜石油污染土壤；

(2)以生物炭为载体，通过吸附法制备分支杆菌csc-6菌液，其中分支杆菌csc-6的质量分数为1％，生物炭选自稻壳炭；以甘露醇为碳源，将铜绿假单胞菌w-3发酵培养获得含有生物表面活性剂发酵液，加水稀释获得含生物表面活性剂发酵液的稀释液，其中生物表面活性剂为鼠李糖脂，含生物表面活性剂发酵液的稀释液中菌株的质量分数为0.2％；分支杆菌csc-6的保藏编号是cctccno:m2017726；铜绿假单胞菌w-3的保藏编号是cctccno:m2010048；

(3)向步骤(1)中的新鲜石油污染土壤中依次加入复合肥和含生物表面活性剂发酵液的稀释液，并且调节石油污染土壤的含水量保持在30％，覆上多孔膜，置于室温(25℃)下养护1周，其中，复合肥的质量为新鲜石油污染土壤的0.03％，复合肥的组成为：速效氮16份、五氧化二磷16份、黄腐酸钾15份、甲壳素4份、氨基酸12份、钙镁硫12份；含生物表面活性剂发酵液的稀释液的加入量为新鲜石油污染土壤的0.2份；

(4)向步骤(3)养护处理后得到的新鲜石油污染土壤中以质量比2.0％加入含1.0％csc-6菌的生物炭基复合菌剂，作为实验组一；向新鲜石油污染土壤中以质量比2.0％加入生物炭作为实验组二；向新鲜石油污染土壤中加入csc-6菌作为实验组三，其中csc-6菌的加入量与实验组一中的csc-6菌含量相同；向新鲜石油污染土壤中不加菌剂作为空白对照，即对照组一；将未经过养护并且不加菌剂的新鲜石油污染土壤作为对照组二；

(5)将步骤(4)中获得的实验组一、实验组二、实验组三以及对照组一、对照组二每隔一周翻耕一次，并补充水分保持土壤的含水量为30％；此过程均在室温下进行，对污染土壤修复1，3，6个月后，测量污染土壤中的含油量，计算石油去除率，结果如图1所示，从图中可以看出，在修复1、3、6个月时，生物炭基复合菌剂对石油去除率分别达到24.3％，68.7％，85.7％；并且仅加入生物炭和仅加入csc-6菌的污染土壤中的石油去除率均小于生物炭基复合菌剂对石油的去除率，表明生物炭和csc-6菌的复合作用明显。

实施例2

本实施例采用生物炭基复合菌剂强化修复石油污染土壤的方法处理新鲜石油污染的土壤，试验方法如下：

(1)采集未经污染的新鲜土壤，破碎后过10目分样筛，掺入石油使含油量为50000mg/kg，得到含油量为50000mg/kg的新鲜石油污染土壤；

(2)以生物炭为载体，通过吸附法制备分支杆菌csc-6菌液，其中分支杆菌csc-6的质量分数为1％，生物炭选自稻壳炭；以甘露醇为碳源，将铜绿假单胞菌w-3发酵培养获得含有生物表面活性剂发酵液，加水稀释获得含生物表面活性剂发酵液的稀释液，其中生物表面活性剂为鼠李糖脂，含生物表面活性剂发酵液的稀释液中菌株的质量分数为0.3％；分支杆菌csc-6的保藏编号是cctccno:m2017726；铜绿假单胞菌w-3的保藏编号是cctccno:m2010048；

(3)向步骤(1)中的新鲜石油污染土壤中依次加入复合肥和含生物表面活性剂发酵液的稀释液，并且调节石油污染土壤的含水量保持在30％，覆上多孔膜，置于室温(25℃)下养护1周，其中，复合肥的质量为新鲜石油污染土壤的0.04％，复合肥的组成为：速效氮16份、五氧化二磷16份、黄腐酸钾15份、甲壳素4份、氨基酸12份、钙镁硫12份；含生物表面活性剂发酵液的稀释液的加入量为新鲜石油污染土壤的0.3份；

(4)向步骤(3)养护处理后得到的新鲜石油污染土壤中以质量比2.0％加入含1.0％csc-6菌的生物炭基复合菌剂，作为实验组一；向新鲜石油污染土壤中以质量比2.0％加入生物炭作为实验组二；向新鲜石油污染土壤中加入csc-6菌作为实验组三，其中csc-6菌的加入量与实验组一中的csc-6菌含量相同；向新鲜石油污染土壤中不加菌剂作为空白对照，即对照组一；将未经过养护并且不加菌剂的新鲜石油污染土壤作为对照组二；

(5)将步骤(4)中获得的实验组一、实验组二、实验组三以及对照组一、对照组二每隔一周翻耕一次，并补充水分保持土壤的含水量为30％；此过程均在室温下进行，对污染土壤修复1，3，6个月后，测量污染土壤中的含油量，计算石油去除率，结果如图2所示，从图中可以看出，在修复1、3、6个月时，生物炭基复合菌剂对石油去除率分别达到20.5％，50.2％，71.3％；并且仅加入生物炭和仅加入csc-6菌的污染土壤中的石油去除率均小于生物炭基复合菌剂对石油的去除率，表明生物炭和csc-6菌的复合作用明显。

实施例3

本实施例采用生物炭基复合菌剂强化修复石油污染土壤的方法处理新疆某油田采集石油污染的油泥砂样品，试验方法如下：

(1)从天津某油田采集石油污染的油泥砂样品，破碎后过10目分样筛，测量得到该油泥砂样品的含油量为38000mg/kg；

(2)以生物炭为载体，通过吸附法制备分支杆菌csc-6菌液，其中分支杆菌csc-6的质量分数为1％，生物炭选自以质量比1:1混合的稻壳炭和藤条炭；以甘露醇为碳源，将铜绿假单胞菌w-3发酵培养获得含有生物表面活性剂发酵液，加水稀释获得含生物表面活性剂发酵液的稀释液，其中生物表面活性剂为鼠李糖脂，含生物表面活性剂发酵液的稀释液中菌株的质量分数为0.3％；分支杆菌csc-6的保藏编号是cctccno:m2017726；铜绿假单胞菌w-3的保藏编号是cctccno:m2010048；

(3)向步骤(1)中的油泥砂样品中依次加入复合肥和含生物表面活性剂发酵液的稀释液，并且调节油泥砂样品的含水量保持在40％，覆上多孔膜，置于室温(25℃)下养护2周，其中，复合肥的质量为新鲜石油污染土壤的0.05％，复合肥的组成为：速效氮16份、五氧化二磷16份、黄腐酸钾16份、甲壳素4份、氨基酸14份、钙镁硫14份；含生物表面活性剂发酵液的稀释液的加入量为油泥砂样品的0.3份；

(4)向步骤(3)养护处理后得到的新鲜石油污染土壤中以质量比3.0％加入含1.0％csc-6菌的生物炭基复合菌剂，作为实验组一；向油泥砂样品中以质量比3.0％加入生物炭作为实验组二；向未经养护处理的油泥砂样品中不加菌剂作为空白对照，即对照组一；将未经过养护并且不加菌剂的新鲜石油污染土壤作为对照组二；

(5)将步骤(4)中获得的实验组一、实验组二以及对照组一、对照组二每隔一周翻耕一次，并补充水分保持土壤的含水量为40％；此过程均在室温下进行，对污染土壤修复1，3，6个月后，测量油泥砂样品中的含油量，计算石油去除率，结果如图3所示，从图中可以看出，在修复1、3、6个月时，生物炭基复合菌剂对石油去除率分别达到23.5％，60.3％，89.9％；并且仅加入生物炭的油泥砂样品中的石油去除率小于生物炭基复合菌剂对石油的去除率，表明生物炭和csc-6菌的复合作用明显。

实施例4

本实施例采用生物炭基复合菌剂强化修复石油污染土壤的方法处理新疆某油田采集石油污染的油泥砂样品，试验方法如下：

(1)从新疆某油田采集石油污染的油泥砂样品，破碎后过10目分样筛，测量得到该油泥砂样品的含油量为95000mg/kg；

(2)以生物炭为载体，通过吸附法制备分支杆菌csc-6菌液，其中分支杆菌csc-6的质量分数为1％，生物炭选自以质量比1:1混合的稻壳炭和藤条炭；以甘露醇为碳源，将铜绿假单胞菌w-3发酵培养获得含有生物表面活性剂发酵液，加水稀释获得含生物表面活性剂发酵液的稀释液，其中生物表面活性剂为鼠李糖脂，含生物表面活性剂发酵液的稀释液中菌株的质量分数为0.5％；分支杆菌csc-6的保藏编号是cctccno:m2017726；铜绿假单胞菌w-3的保藏编号是cctccno:m2010048；

(3)向步骤(1)中的油泥砂样品中依次加入复合肥和含生物表面活性剂发酵液的稀释液，并且调节油泥砂样品的含水量保持在40％，覆上多孔膜，置于室温(25℃)下养护2周，其中，复合肥的质量为新鲜石油污染土壤的0.05％，复合肥的组成为：速效氮16份、五氧化二磷16份、黄腐酸钾16份、甲壳素4份、氨基酸14份、钙镁硫14份；含生物表面活性剂发酵液的稀释液的加入量为油泥砂样品的0.5份；

(4)向步骤(3)养护处理后得到的新鲜石油污染土壤中以质量比5.0％加入含1.0％csc-6菌的生物炭基复合菌剂，作为实验组一；向油泥砂样品中以质量比5.0％加入生物炭作为实验组二；向未经养护处理的油泥砂样品中不加菌剂作为空白对照，即对照组一；将未经过养护并且不加菌剂的新鲜石油污染土壤作为对照组二；

(5)将步骤(4)中获得的实验组一、实验组二以及对照组一、对照组二每隔一周翻耕一次，并补充水分保持土壤的含水量为40％；此过程均在室温下进行，对污染土壤修复1，3，6个月后，测量油泥砂样品中的含油量，计算石油去除率，结果如图4所示，从图中可以看出，在修复1、3、6个月时，生物炭基复合菌剂对石油去除率分别达到13.5％，34.8％，50.9％；并且仅加入生物炭的油泥砂样品中的石油去除率小于生物炭基复合菌剂对石油的去除率，表明生物炭和csc-6菌的复合作用明显。

实施例5

本实施例采用生物炭基复合菌剂强化修复石油污染土壤的方法处理新鲜石油污染的土壤，试验方法如下：

(1)采集未经污染的新鲜土壤，破碎后过10目分样筛，掺入石油使含油量为30000mg/kg，得到含油量为30000mg/kg的新鲜石油污染土壤；

(2)以生物炭为载体，通过吸附法制备分支杆菌csc-6菌液，其中分支杆菌csc-6的质量分数为0.5％，生物炭选自稻壳炭；以甘露醇为碳源，将铜绿假单胞菌w-3发酵培养获得含有生物表面活性剂发酵液，加水稀释获得含生物表面活性剂发酵液的稀释液，其中生物表面活性剂为鼠李糖脂，含生物表面活性剂发酵液的稀释液中菌株的质量分数为0.1％；分支杆菌csc-6的保藏编号是cctccno:m2017726；铜绿假单胞菌w-3的保藏编号是cctccno:m2010048；

(3)向步骤(1)中的新鲜石油污染土壤中依次加入复合肥和含生物表面活性剂发酵液的稀释液，并且调节石油污染土壤的含水量保持在20％，覆上多孔膜，置于室温(20℃)下养护2周，其中，复合肥的质量为新鲜石油污染土壤的0.01％，复合肥的组成为：速效氮16份、五氧化二磷16份、黄腐酸钾15份、甲壳素4份、氨基酸12份、钙镁硫12份；含生物表面活性剂发酵液的稀释液的加入量为新鲜石油污染土壤的0.5份；

(4)向步骤(3)养护处理后得到的新鲜石油污染土壤中以质量比5.0％加入含0.5％的csc-6菌的生物炭基复合菌剂；

(5)将步骤(4)中获得的处理后的污染土壤每隔一周翻耕一次，并补充水分保持土壤的含水量为20％；此过程均在室温下进行，修复6个月后，观察测量石油去除率为75％。

实施例6

本实施例采用生物炭基复合菌剂强化修复石油污染土壤的方法处理新鲜石油污染的土壤，试验方法如下：

(1)采集未经污染的新鲜土壤，破碎后过10目分样筛，掺入石油使含油量为30000mg/kg，得到含油量为30000mg/kg的新鲜石油污染土壤；

(2)以生物炭为载体，通过吸附法制备分支杆菌csc-6菌液，其中分支杆菌csc-6的质量分数为5％，生物炭选自稻壳炭；以甘露醇为碳源，将铜绿假单胞菌w-3发酵培养获得含有生物表面活性剂发酵液，加水稀释获得含生物表面活性剂发酵液的稀释液，其中生物表面活性剂为鼠李糖脂，含生物表面活性剂发酵液的稀释液中菌株的质量分数为0.5％；分支杆菌csc-6的保藏编号是cctccno:m2017726；铜绿假单胞菌w-3的保藏编号是cctccno:m2010048；

(3)向步骤(1)中的新鲜石油污染土壤中依次加入复合肥和含生物表面活性剂发酵液的稀释液，并且调节石油污染土壤的含水量保持在50％，覆上多孔膜，置于室温(30℃)下养护2周，其中，复合肥的质量为新鲜石油污染土壤的0.05％，复合肥的组成为：速效氮16份、五氧化二磷16份、黄腐酸钾15份、甲壳素4份、氨基酸12份、钙镁硫12份；含生物表面活性剂发酵液的稀释液的加入量为新鲜石油污染土壤的0.5份；

(4)向步骤(3)养护处理后得到的新鲜石油污染土壤中以质量比3.0％加入含5％的csc-6菌的生物炭基复合菌剂；

(5)将步骤(4)中获得的处理后的污染土壤每隔一周翻耕一次，并补充水分保持土壤的含水量为50％；此过程均在室温下进行，修复6个月后，观察测量石油去除率为87％。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。