石化行业废弃物微生物治理技术初探

石化行业废弃物微生物治理技术初探摘要在石化行业中，生产过程中会产生废弃物，这些废弃物对环境污染很严重，其治理技术中，应用广泛而且具有发展前景的就是微生物处理技术。本文通过对全球石化行业废弃物治理技术的论述，阐述了微生物处理技术的原理、特征以及各种微生物处理技术在实际生产中的应用。本文具体介绍了生物修复技术、生物强化技术、固定化生物处理技术等在石油开采、炼制及再加工过程中产生的废弃物的应用。关键词：微生物处理生物修复固化处理石油化工引言随着社会经济的迅速发展，环境污染问题越来越严重，环境质量的恶化已成为制约我国社会和经济可持续发展的严重阻碍。在石化行业，生产过程中会产生废弃物，这些废弃物对环境影响很大，因此需对其进行治理。微生物技术通过将废弃物资源化以节约资源、保护环境，具有费用低、效果好、无二次污染且操作简单等特点，是废弃物处理、污染物监测的重要技术手段。1微生物处理技术简介1.1微生物的特征微生物是一些肉眼看不到，只能凭借显微镜才能观察到的单细胞及多细胞生物，微生物在自然界中分布极广，种类繁多。微生物在生命活动中，不断从外界环境中吸取营养物质，并通过复杂的酶催化反应将其加以利用，提供能量并合成新物质，同时又不断地向外界环境排泄废物，从而实现生命体的自我更新[1]。微生物的另一个特征是它的变异性，及环境条件的改变对微生物有特别明显的影响。由于微生物具有来源广、易培养、繁殖快、对环境适应强、易变异等特征，在生产上较容易地采集菌种进行培养繁殖，并在特定条件下进行驯化，使之适应有毒工业环境，从而通过微生物的新陈代谢使有机物无机化，有毒物质无害化。加之微生物的生存条件温和，新陈代谢过程不需要高温高压，它是不需投加催化剂的催化反应，因此微生物处理比一般化学法要优越[1]。1.1微生物处理技术分类从微生物的代谢方式出发，生化处理方法主要分为好氧处理和厌氧处理两大类型。按照微生物的生长方式，可分为悬浮生长型和固着生长型两类。此外，按照系统的运行方式可分为连续式和间歇式。以下是化工生产中常用的几种方法[1]：（1）活性污泥法：是利用悬浮生长的微生物絮体处理有机废水的一类好氧生物处理方法。这种生物絮体就是活性污泥，它由好氧微生物及其代谢和吸附的有机物、无机物组成，具有降解废水中有机污染物的能力，显示生物化学活性。（2）生物膜法：也是一种好氧生物处理法。生物膜法是通过废水同生物膜接触，生物膜吸附和氧化废水中的有机物并同废水进行物质交换，从而使废水得到净化的过程。（3）厌氧生化法：是环境工程与能源工程中的一项重要技术。是有机废水强有力地处理方法之一。废水的厌氧生物处理是指在无分子氧的条件下通过厌氧微生物的作用，将废水中的有机物分解转化为甲烷和二氧化碳的过程。2微生物治理技术在石化行业的应用近几年全球的经济与文化高速发展，各个国家的综合国力之争也愈发激烈。这就意味着对资源需求将进一步扩大，而石油作为一种不可替代的能源型资源，将会被更多的开采和利用。与此同时，因石油开采和利用不当所引发的海洋石油污染问题已经成为人类当前所面临的最为严重的生存挑战之一。同时石油污染问题对我国的社会主义建设和经济发展造成了严重的阻碍。石化行业不但有开采石油时漏油污染而且还有在对石油进行加工时废弃物的污染，因此，对石化行业的污染进行治理是刻不容缓的，微生物治理技术因其特有的优势而广泛的应用于石化行业中。2.1油泥废弃物的生物修复技术在石油开采、贮运及炼制加工过程中，由于事故和不正常的操作及检修等原因，常产生一些含油量较高的油泥，这些油泥如果任意堆放，必将成为土壤的重要污染源。回收的油份经纯化可再利用，而回收过程产生的油泥废弃物还含少量石油，一般含油量50g/kg，需进行深度处理后排放。采用生物修复技术(堆腐法)是最理想的油泥废弃物处理方法，其优点是：(1)费用省，其费用约为焚烧处理费用的1/4--1/3；(2)环境影响小，生物修复只是一个自然过程的强化，其最终产物是二氧化碳、水和脂肪酸等，不形成二次污染或导致污染物转移；(3)可以最大限度地降低污染物浓度等[2]。生物修复首先必须具备微生物,由投加石油降解菌获得,微生物的营养和生存环境来自投加的客土、肥料和水分等[3]。在堆腐法处理油泥废弃物过程中，CO2及温度的变化规律虽然不能定量说明石油污染物的生物降解量，但是可以反映出堆腐过程微生物的活动过程及TPH的处理效果。堆腐法处理油泥废弃物的最佳条件为：在温度20，投加固体混合菌剂5%的情况下，肥料5%-10%；客土20；水分30(烘干基)；pH7。当TPH初始浓度为20.6-22.3g/kg时，60d后其TPH去除率49。优化条件的建立为油泥废弃物的深度处理提供了理论依据和可靠途径[3]。2.2石油污染土壤的微生物修复技术石油勘探与开采、储运、炼制、加工及其使用的过程中的石油及石油制品的泄漏或溢出是造成土壤石油污染的主要原因。研究表明，土壤中假单胞菌属、棒状杆菌属、黄杆菌、小球菌等多种菌属均可以实现石油类物质的有效降解。研究表明，土壤污染8个月后，能降解石油类物质的微生物总量增加了10倍以上，占总生物量的一半[4]。与物理化学修复方法相比，微生物修复技术具有成本较低、不破坏土壤结构、无二次污染、处理效率较高、操作运行简单等优点，可以实现土壤污染的原位修复和异位修复。2.2.1原位微生物修复技术原位微生物修复技术是指在不破坏土壤原有结构的条件下，向土壤中投加氮、磷等营养物质，并通入一定量的氧气，增加土著微生物或接种的高效微生物菌株的代谢活性，提高微生物降解石油烃的效率。原位修复技术主要包括：生物通风法、生物搅拌法和泵处理法等。Mohn等，通过接种微生物混合菌株对原油污染土壤修复1年后发现，土壤中的石油含量去除率高达95%。美国密苏里州西部石油运输泄漏后，向土壤中添加氮磷营养物质并进行人工曝气，经过32个月的原位生物修复，使得土壤中的苯、甲苯和二甲苯的浓度从20mg/L降低到0.05mg/L[5]。原位微生物修复技术操作简单，但一般需要半年或更长的时间，同时会受到土壤的营养结构、理化性质、石油污染物的种类及浓度、微生物种群和修复所要达到的标准等的影响。2.2.2异位微生物修复技术异位微生物修复需要将石油污染的土壤转移并集中进行处理。可以通过生物反应器，为生物降解提供良好的条件。对于石油污染非常严重的土壤，如果面积较小，可以采用异位修复方法。丁克强等[6]设计的生物反应器可以高效、快速的降解土壤中的多环芳烃类污染物，处理效果明显。Balba等采用堆腐方法对科威特某油田的污染土壤连续处理10个月后，土壤中石油污染物的去除率超过90%。美国某木材防腐油生产区的土壤中菲和五氯酚的初始浓度分为高达300000mg/kg和13000mg/kg，采用反应器对土壤进行处理，每周处理量为100t，菲和五氯酚的浓度分别降低至65mg/kg和40mg/kg[7]。2.3污水处理中的生物强化技术生物强化技术又称生物增强技术，是通过向废水处理系统中直接投加从自然界中筛选的优势菌种或通过基因重组技术产生的高效菌种，以改善原处理系统的能力，达到对某种或某一类有害物质的去除或某方面性能优化的目的，最终提高系统的处理能力。其作用机理为：生物强化技术，通过向自然菌群中投加具有特殊作用的微生物来增强生物量，以强化生物量对某一特定环境或特殊污染物的反应。投入的菌种与底质之间的作用分为直接作用和共代谢作用。直接作用就是通过驯化、筛选、诱变、基因重组等技术得到一株以目标降解物质为主要碳源和能源的微生物，并向处理系统中投入一定量的该菌种，以增强去除效果。共代谢作用是指对某些有毒有害物质，微生物不能将其作为碳源和能源生长，但在其他基质条件下能够改变这种有害物的化学结构并使其降解。如在甲烷、芳香烃、氨、异戊二烯和丙烯为主要基质生长的一些菌可以产生一种氧合酶，这种酶可以代谢三氯乙烯(TCE)。生物强化技术在水污染治理中的有效实施需要三个步骤：首先是高效菌种的培育；其次是高效菌种在投加系统中的生长及活力表现；最终结果是对目标物的有效去除或原系统某一特定性能的改善[8]。2.4废碱液固定化生物处理技术废碱液的生物处理，一般在常温常压下进行，相较于目前使用的物理化学法是一个更便宜、安全的选择。固定化微生物技术是指通过采用物理或化学的方法将游离的微生物限定于一定空间区域内，使微生物可以保持活性并反复使用，从而提高系统内优势菌的浓度，因而达到提高废水生物处理效率的效果。固定化微生物技术可以增加优势菌在生物反应器内的停留时间，菌体的脱落情况也较少并且具有很高的活性。Patureau等人[9]研究了厌氧脱氮活性污泥中分离的好氧脱氮细菌应用于除磷系统中的效果，并研究了好氧脱氮细菌的投加方法和菌株在系统中的停留情况。研究表明，影响系统处理效果的关键因素为初始阶段投加的碳源与菌株量。实验中在反应阶段的前Ih内连续加入碳源以及10%的好氧脱氮细菌可以明显改善系统中氨氧化细菌和亚硝化细菌的絮凝结构，而且添加好氧脱氮细菌可以提高脱氮效率，缩短反应时间并提高菌种的存活时间。Bouchez[10]等人分别通过在生物强化之后加入絮凝物以及在接种之前将细菌包埋在褐藻酸盐球中这两种实验来提高好氧脱氮细菌和原有的絮凝体的融合。实验结果显示在接种之前将细菌包埋在褐藻酸盐球中具有更加显著的脱氮效果。卞华松等人[11]采用PVA1799冷冻改良法固定化优势菌群，研究了优势菌群对甲酸苯附废水的处理效果。实验中对优势菌群的最佳包埋条件、抗pH波动性以及甲酵和苯酷的降解特性等因素进行了考察。实验结果表明：最佳的包埋条件为10%-17%PVA1799混合25%的菌株，并且在-10度下反复冷冻解融四次，固定后的菌株具有良好的抗pH波动性。固定化菌株在处理甲醛含量为475mg/L的废水时甲酸的去除率达到95%，在处理苯船含量为565nig/L的废水时苯般的去除率达到94%，固定化菌株对污染物的去除率比游离的优势菌株要高出10%-50%[12]。3结论微生物处理技术主要是利用微生物的作用对废弃物中有害的的有机物转化成为无害的无机物，而且微生物具有来源广、易培养、繁殖快、对环境适应强、易变异等特征，在生产上较容易地采集菌种进行培养繁殖，并在特定条件下进行驯化，使之适应有毒工业环境，从而通过微生物的新陈代谢使有机物无机化，有毒物质无害化。在石化行业中，生产过程产生的废弃物成分复杂，而且有有机物的存在使得废弃物的治理变得不容易，但是微生物治理技术恰恰解决了这些问题，而且全球对这项技术的研究及应用也有了很好的发展，相信微生物处理技术一定会在环境保护治理中发挥很好的作用。参考文献[1]徐新华,赵伟荣.化工环境工程概论[M].北京:化学工业出版社,2006:3[2]丁克强,孙铁巧,李培军等.石油污染土壤的生物修复技术[J].生态学.2000,19(2):50-55[3]张海荣,郭书海,李培军等.油泥废弃物的生物修复技术研究[J].环境污染治理技术与设备.2002,3(1):61-62[4]贾建丽.石油污染土壤微生物学特性与生物修复效应研究[D].北京:清华大学,2005.[5]徐亚同,史家梁,张明.生物修复技术的作用机理和应用[J].上海化工.2001,5(20):4-7.[6]丁克强,骆永明,刘世亮等.利用改进的生物反应器研究不同通气条件下土壤中菲的降解[J].土壤学报.2004,41(2):245-251.[7]于鹏.石油污染土壤的微生物修复技术研究进展[J].资源与环境.2013,13:152[8]梁立伟,赵兴龙,林李娟等.生物强化技术在污水处理中的应用[J].油气田环境保护.2006,16(4):1-3[9]Patureau,D.Combinedphosphateandnitrogenremovalinasequencingbatchreactorusingtheaerobicdenitrifier,microvirgulaaero-denitrificans[J].WaterResearch,2001,35(1):189-197.[10]Boucbez,T.Succe