西北黄土地区水源水库水—沉积物中石油污染特征及土壤生物修复技术研究

【摘要】：石油污染的普遍性、复杂性、难降解性，使其受到众多学者的关注。西北黄土地区由于其独特的气候和土壤特征，石油物质对环境的污染方式及其治理手段也具有特殊性。本课题以西北黄土地区石油污染为研究背景，从模拟沉积物中石油污染物静态释放出发，研究不同季节条件下，石油物质在水体和沉积物中的迁移规律，得到相应的静态释放动力学模型；然后以延安地区主要供水水源地—王瑶水库为研究对象，系统地研究石油污染物在沉积物中的分布特征，分析水库各支流流域和主体河道的历年污染状况，在此基础上对土壤的生物修复技术进行了系统研究。主要研究成果如下： （1）采用滞膜模型描述沉积物中石油污染物对上覆水体的静态释放过程，其释放动力学方程为：K_r和C_W*分别代表石油物质的释放速率常数和达到释放平衡时水相中石油物质的浓度，可以通过实验获得。静态实验结果显示，温度对沉积物中石油物质向水体中释放速率有重要影响。当沉积物石油污染强度在320mg/kg-4792mg/kg之间时，夏季的动力学参数表达式为：K_r=5.51ln(C_(S0))-0.25C_W*=0.0003C_(S0)+6.86冬季的动力学参数表达式为：K_r=3.28ln(C_(S0))+12.20C_W*=0.0005C_(S0)+4.68据此可以得到夏季和冬季的静态释放动力学方程，然后通过验证，模型可行。 （2）夏季（温度在30℃左右）的静态实验结果显示，当沉积物的石油污染强度C_(S0)分别为320mg/kg和810mg/kg时，三次释放平衡后沉积物分层分析显示，对上覆水体的污染起主要作用的有效深度为沉积物上层10cm左右；当沉积物石油污染强度在1000mg/kg以下时，污染物对上覆水体的污染可持续时间约为60天。 （3）沉积物中石油组分分析结果显示，在检测出的23种石油物质中，除二十八烷、胆固醇以及异三十烷基本不能进入上覆水体外，其余20种物质均可以不同程度的进入水体。碳原子数小于12的烷烃属于易进入水体物质，大于17的烷烃，属于难进入水体物质，在C_(12)和C_(17)之间的烷烃是水相石油污染物的主要组成部分。7种多环芳烃中，除二苯并[a, h]蒽较难进入上覆水体外，其余6种物质均属于可进入水体物质，它们对环境和人体健康有重大危害。 （4）以陕北延安供水水源地—王瑶水库为研究区域，通过对10个断面40个取样位置共400个样品的石油污染含量分析得出，王瑶水库坝前沉积物表层的石油含量在203mg/kg左右，对上覆水体水质影响较大；研究区域内的5条支流中，支流二水质最好，且流量较大，对减轻主河道污染起积极作用；其余4条支流流域污染均较为严重，其中，支流三和支流四流域内石油污染状况最为严重，对水库污染的贡献最大，支流一和支流五由于水量小对主体河段影响较小，但其污染状况有日益加深的趋势；污染较严重的支流三和支流四入口位置表层沉积物中检测出3种烷烃，9种多环芳烃，因此，王瑶水库存在潜在的多环芳烃污染。 （5）在实验室好氧条件下，通过驯化筛选，从安塞油田废弃井场石油污染土样中富集分离出5株高效石油降解菌，经形态观察和生理生化试验初步鉴定，它们分别属于假单胞菌属（Pseudomonas sp.）、邻单胞菌属（Plesionmonas sp.）、黄单胞菌属（Xanthomonas sp.）和动胶菌属（Zoogloea sp.）；5株高效菌当pH值在7左右，N/P比在4左右，石油污染强度在1000-1500mg/L之间时，均可获得较高的石油去除率，它们最佳的氮源为NH_4NO_3，但5株高效菌各自适宜的初始pH值、N/P比和石油污染强度范围有所不同。 （6）在西北黄土地区历时80天现场土壤修复试验结果显示，污染物强度对微生物的活性有重要影响。在低污染强度下土壤中的石油去除率较高，但会导致微生物由于碳源不足而生长受到限制；高污染物强度下，土壤内pH值下降程度大，对微生物产生毒害，并抑制其生长。 （7）在石油土壤的生物修复试验中，添加营养物质可以显著提高微生物生长速率和石油降解率；短期内通过加菌操作可以获得较好的石油去除效果；单一的翻耕操作导致土壤中含水率降低，抑制微生物生长，石油降解率下降。