全 文 ：不同类型原油污染土壤生物修复技术研究 3
李培军1 3 3 　郭书海1 　孙铁珩1 　台培东1 　张春桂1 　白玉兴2 　孙　强2 　生　平2
(1中国科学院沈阳应用生态研究所 ,沈阳 110016 ;2 辽河石油勘探局环保工程公司 ,盘锦 124010)
【摘要】　对不同类型原油污染土壤在实用规模的预制床上采用堆制技术进行生物修复. 通过投加肥料、菌
剂、控制水分和 p H ,可使微生物获得较好的生态环境. 当稀油、高凝油、特稠油和稠油污染的土壤中原油总
量为 25. 8～77. 2g·kg - 1土时 ,经过近 2 个月的运行 ,石油总量的去除率可达 38. 37 %～56. 74 %. 石油中芳
烃、沥青和胶质混合物是制约石油快速降解的主要因素. 在处理过程中筛选出石油降解的优势菌株 ,其中
有 6 株真菌、6 株细菌和 1 株放线菌. 研究结果为石油污染土壤异位生物修复技术实用化提供了理论依
据.
关键词 　石油污染土壤 　堆制 　生物修复
文章编号 　1001 - 9332 (2002) 11 - 1455 - 04 　中图分类号 　X172 　文献标识码 　A
Bio2remediation techniques of crude oil contaminated soils. L I Peijun1 , GUO Shuhai1 , SUN Tieheng1 , TAI
Peidong1 , ZHAN G Chungui1 , BAI Yuxing2 , SUN Qiang2 , SHEN G Ping2 (1 Institute of A pplied Ecology ,
Chinese Academy of Sciences , S henyang 110016 ;2 Envi ronmental Protection Engineering Com pany , L iaohe
Oilf ield , Panjin 124010) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2002 ,13 (11) :1455～1458.
The bioremediation of soils contaminated by different types of petroleum were carried out with composting pro2
cess in a prepared bed. By the measures of nutrient2and microbiological agent addition , and moisture2and p H
control , an ideal environment for microbes was obtained. When total petroleum hydrocarbons , which consist of
thin oil , high condensation oil , special viscous oil , and viscous oil , were in the range of 25. 8～77. 2g·kg - 1 dry
soil , the petroleum removal rate could reach 38. 37～56. 74 % by 2 months operation. The contents of aromatic
hydrocarbon , asphaltum and resin were important factors controlling the degradation of petroleum. 6 fungi , 6
bacteria and 1 actinomyces were found to be the dominant strains for petroleum degradation. The results could
provide theoretical bases for remediation of soil contaminated by petroleum.
Key words 　Soil contaminated by petroleum , Composting , Bioremediation.
3 中国科学院知识创新项目 ( KZCX22401 ,SCXZD0103) 与中国石油
天然气总公司资助项目.3 3 通讯联系人.
2001 - 09 - 10 收稿 ,2001 - 11 - 12 接受.
1 　引 　　言
污染土壤生物修复技术的基本原理就是利用微
生物将土壤中有机污染物降解为无害的无机物质
( H2O 和 CO2)的过程. 关于微生物对石油烃的分解 ,
前人已作过很多研究工作. Kincannon[7 ]采用生物耕
作法 (biofarming)处理土壤中石油污染物 ,将土壤作
为分解石油的细菌床 ,分施肥和不施肥区 ,证明了施
肥可增加微生物数量 ,促进石油分解 ,18 个月后可
使石油中的烷烃、芳烃去除率达 80 %～82 %.
污染土壤生物修复技术的研究 ,德国、丹麦和荷
兰处于领先地位 ,英国、法国、意大利和东欧一些国
家也做了很多工作. 整个欧洲从事生物修复工程技
术的研究机构和商业公司大约近百个[8 ] . 20 世纪 80
年代起 ,我国开始重视污染土壤的治理. 刘期松
等[7 ]进行了石油污灌区微生物生态及其降解石油
的研究 ,发现从油污染区分离出的细菌、真菌、微嗜
氮菌可利用石油作为 C 源形成细胞体 ,但细胞形成
量取决于 C 源和 N 源浓度. 石油浓度过低可导致 C
源不足 ,过高则对微生物细胞形成有抑制作用. 在一
定矿物油浓度范围内 ,增加 N 源可以起到加速油的
降解作用. 生物堆制法 (composting biopiles) 作为最
基本和最有效的异位生物修复技术之一 ,已被众多
研究证明可有效修复土壤石油污染[6 ,10 ] ,国内也有
应用小试和中试规模生物堆制法修复土壤石油污染
的报道[1 ,12 ,13 ] . 本文建立了实用规模的预制床堆制
工程 ,旨在探讨实用条件下异位生物修复技术对不
同类型的石油污染土壤的处理效果和技术可行性.
2 　材料与方法
211 　供试材料
21111 预制床 　处理场地为预制床 ,规模 20m ×10m ,不锈
钢材料 ,钢板设计通气孔 ,预制床下面设通风道和防渗层 ,周
围有 1m 高的挡板 ,上面有防雨棚.
21112 污染土壤 　4 种供试土壤分别来自油井附近的落地
应 用 生 态 学 报 　2002 年 11 月 　第 13 卷 　第 11 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Nov. 2002 ,13 (11)∶1455～1458
油泥和污染土壤.
21113 肥料 　复合有机肥 , 经测定有机质 39. 3 % , N
1. 82 % , P2O5 5. 69 % , K2O 2. 62 % , p H 8. 02.
21114 固体菌剂 　从石油污染土壤中筛选出的降解石油的
优势菌 ,另外引进白腐真菌 2 株 ,经过 3 级培养 ,与添加剂共
同制备成固体混合菌剂.
212 　研究方法
21211 处理方法 　将油井附近的油泥废弃物和污染土壤挖
出 ,运到处理场的混合池中 ,按比例加肥料、水和固体菌剂 ,
充分搅拌均匀后 ,堆放在预制床上 ,混合后堆料的理化性质
见表 2. 污染土壤堆成长 8m、宽 2m、高 0. 5m 的条状 ,堆料中
间垂直插放通气管 ,堆料通过通风管道可保持自然供氧和排
气. 处理过程中调节 p H 和水分 ,分别控制在 6 %～8 %和
10 %～25 % ,考察微生物的生态分布和活性 ,采集土壤样品 ,
分析原油总量、芳烃总量、烷烃总量和沥青 + 胶质总量.
21212 水分测定 　补充水分前 ,在堆料 15cm 深处进行多点
采样 ,混合均匀后 ,于 65 ℃烘至恒重.
21213 原油总量的测定 　重量法 ,见文献 [9 ] .
21214 微生物的计数与鉴定 　微生物的计数采用平板稀释
法 ,按文献[ 15 ] ,微生物的鉴定按文献 [3～5 ] .
21215 其它测定 　微生物解脂酶活性的测定用吐温 80 和中
性红[2 ,11 ]2 种方法测定. 芳烃、烷烃和沥青 + 胶质的测定见
文献[14 ] .
表 1 　4 种堆料的理化性质
Table 1 Physical and chemical properties of 4 composting materials
堆料
Composting
materials
原油总量
Petroleum
(g·kg - 1)
F∶W∶L + J C∶N∶P p H H2O
( %)
A 55. 0 1∶2. 4∶0. 8 22. 6∶1∶0. 8 7. 6 14. 4
B 77. 2 1∶4. 0∶0. 7 22. 5∶1∶0. 9 6. 8 18. 1
C 25. 8 1∶1. 3∶1. 7 10. 3∶1∶0. 5 7. 8 17. 6
D 41. 6 1∶2. 5∶0. 9 18. 1∶1∶1 8. 0 16. 8
A :稀油污染土壤 Thin oil contaminated soil ;B :高凝油 High condensa2
tion oil contaminated soil ;C :特稠油 Special thick oil contaminated soil ;
D :稠油污染土壤 Thick oil contaminated soil ;W :烷烃 Saturated hydro2
carbon ; F :芳烃 Aromatic hydrocarbon ; L + J :沥青 + 胶质 Resin + as2
phaltene. 下同 The Same below.
3 　结果与分析
311 　堆料的微生物生态分布
　　在石油污染土壤堆制过程中 ,微生物的数量变化
见表 2. 研究结果表明 ,石油污染土壤经投加肥料、
调节 p H 和湿度 ,并进行适当通风 ,土壤微生物迅速
繁殖 ,数量大幅度增加. 堆制第 3d 采样测定微生物
表 2 　堆制过程中微生物的数量变化
Table 2 Number changes of fungi and bacteria in composting materials
during operating period( ind·g - 1DW)
时间
Time
(d)
A
Bac Fun
B
Bac Fun
C
Bac Fun
D
Bac Fun
0 1. 44 ×109 1. 04 ×105 1. 66 ×109 1. 46 ×104 1. 33 ×108 1. 04 ×105 1. 44 ×107 1. 30 ×104
3 1. 25 ×1015 6. 99 ×104 8. 03 ×1017 2. 27 ×105 3. 0 ×1013 3. 61 ×103 8. 50 ×1014 7. 91 ×103
10 4. 80 ×1011 2. 12 ×104 4. 68 ×1014 3. 26 ×106 3. 80 ×1011 5. 55 ×102 5. 20 ×1011 1. 23 ×104
53 3. 21 ×1012 1. 03 ×104 1. 64 ×1016 1. 53 ×106 1. 14 ×1014 1. 0 ×104 3. 86 ×1013 1. 18 ×103
Bac :细菌Bacteria ;Fun:真菌 Fungi.
数量 ,4 种堆料中细菌分别为 1. 25 ×1015 、8. 03 ×
1017 、3. 0 ×1014 、8. 50 ×1014个·g - 1干土 ,比 0 时提
高 5～8 个数量级. 当土壤中易分解的有机物降解
后 ,一些不能利用石油污染物为 C 源的微生物逐渐
死亡 ,使菌数下降 ,但第 10d 仍比 0 时高 2～4 个数
量级. 堆制处理进行到 53d 时 ,4 种堆料中的细菌数
又有回升 ,可能是土壤中细菌经过一段时间适应后 ,
一些利用石油烃为 C 源的细菌又繁殖所致.
　　真菌数量变化较小 ,除处理 B 有较小的增长
外 ,A 和 D 的真菌数量保持平衡 ,而 C 则呈下降趋
势 ,说明高凝油对微生物毒性小 ,并易被微生物利
用 ,特稠油则有一定抑制作用. 真菌数量的变化同原
油降解率有着明显的正相关性.
312 　堆料中主要微生物类群及解脂酶活性
31211 堆料中的主要微生物类群 　污染土壤经过
表 3 　4 种堆料中主要微生物类群和解脂酶活性
Table 3 Esterase activities and microbes categories of fungi and bacteria
in composting materials
菌类
Microbes
categories
菌号
Micr2
obes No.
名称
Microbes name
来源
Microbial
source
吐温 80法
Tween 80
中性红法
Neutral red
真菌 1 # 毛 霉 M ucor sp. A、B、C、D + + + +
Fungi 2 # 小克银汉 Cunninghamella sp. B、D + + + + +
3 # 镰刀菌 Fusarium sp. C、D + + + +
4 # 酵 母 Saccharomyces sp. C + +
5 # 青 霉 Penicillium sp. C + + + +
6 # 曲霉 Aspergillus sp. D + + + +
细菌 1 # 芽孢杆菌 Bacillus sp. A、B、C、D + +
Bacteria 2 # 黄杆菌 Flavobacterium sp. A、B、C、D - +
3 # 黄杆菌 Flavobacterium sp. A、B、C、D + + +
4 # G+杆菌 (待鉴定) A、B、C、D - +
5 # 动胶杆菌 Zoogloea sp. A、B、C、D + + +
6 # 动胶杆菌 Zoogloea sp A、B、C、D + + +
7 # 动胶杆菌 Zoogloea sp. A、B、C、D + + +
8 # 动胶杆菌 Zoogloea sp. A、B、C、D + + +
9 # G+ 杆菌 (待鉴定) A、B、C、D + +
10 # G+ 杆菌 (待鉴定) A、B、C、D + +
11 # G- 杆菌 (待鉴定) A、B、C、D + +
放线菌 1 # 链霉菌 Streptomyces sp. A、B、C、D + + +
Actinomyces 2 # 链霉菌 Streptomyces sp. A、B、C、D + + + +
- :无解脂酶活性 No activity ; + :低活性 Low activity ; + + :中等活性 Medial activity ; + + + :活性强
Strong activity.
53d 的堆制处理 ,分离得到的优势微生物见表 3. 在
该处理过程中链霉菌和毛霉广泛分布于 4 种油污染
的土壤中. 小克银汉存在于高凝油和稠油堆料中 ,镰
刀菌在特稠油和稠油中占绝对优势. 分离出的细菌
在 4 种堆料中都有分布 ,主要以 G - 杆菌为主. 其中
动胶杆菌为优势类群 ,其次是黄杆菌 , G + 杆菌以芽
孢杆菌为主.
　　为了进一步证明上述各类菌对石油污染物的降
解作用 ,采用测定解脂酶活性的方法对这些菌株进
行了定性分析. 结果表明 ,4 种堆料中分离出的各类
微生物均有解脂酶活性 ,表明它们有降解石油烃的
6541 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　13 卷
图 1 　运行过程中各堆料原油总量的降解率
Fig. 1 Petroleum degradation rates of composing materials during operat2
ing period.
能力. 其中毛霉和小克银汉的解脂酶活性最强 ;其次
是青霉、镰刀菌和曲霉 ,酵母菌活性较弱. 细菌以动
胶杆菌的活性最高 ,其它活性较弱. 放线菌中只分离
到了链霉菌 ,该菌解脂酶活性较强. 这些具有较高解
脂酶活性的菌株为固体菌剂的制备增添了新类群.
313 　土壤中原油总量的处理效果
31311 堆料中原油总量的去除效果 　运行过程中堆
料原油总量的降解率见图 1. 4 种堆料在同一预制床
上进行处理 ,第 10d 开始采样 ,测定结果证明 4 种堆
料原油含量都有明显的减少 , 降解率分别为
19. 09 %、17. 49 %、3. 10 %和 12. 74 %. 18d 的降解率
比第 10d 几乎增加了 1 倍 ,在此期间 4 种堆料的处
理效果为 A > B > D > C ,堆料 A (稀油) 降解率最高.
第 26d 4 种堆料原油总量的降解率分别为 50. 0 %、
55. 96 %、28. 29 %和 31. 25 % ,堆料 B (高凝油) 的降
解率开始超过稀油. 第 53d 4 种堆料的降解率分别
为 55. 45 %、56. 74 %、38. 37 %和 45. 19 % ,堆料原油
含量从 55. 0、77. 2、25. 8 和 41. 6 g·kg - 1土下降到
24. 5、33. 4、15. 9 和 22. 8 g·kg - 1 ,4 种堆料的处理
效果依次为 B > A > D > C. 由图 1 可见 ,不同类型的
石油污染土壤生物可降解性不同. 高凝油污染土壤
处理效果最好 ,这种油蜡含量高 ,胶质和沥青含量
低 ,微生物比较容易利用 ;稀油和稠油也比较容易处
理 ;特稠油的胶质和沥青含量高 ,粘度大 ,难降解 ,因
而增加了生物处理的难度 ,在此条件下处理效果不
够理想.
　　王洪军[6 ]等在地面铺土 4cm 厚 ,围成 1m2 大小
的实验田 ,加入原油 ,待其自然下渗 ,翻耕上层 20cm
左右 ,使油分布均匀 ,然后采用生物修复技术处理冀
东油田含油土壤. 采取加水、加菌、增加空隙度等措
施 ,处理 183d ,土壤原油浓度从 85 g·kg - 1下降到 16
g·kg - 1 ,降解率为 81. 6 %. 丁克强[1 ]处理辽河油田
含油 65 g·kg - 1的污染土壤 ,在实验室 28 ℃理想条
件下 ,50d 原油总量的去除率为 61 %～66 %. 由此可
见 ,实用规模的堆制处理工程对石油污染土壤的处
理效果与上述文献报道的小试处理效果相近 ,证明
该工艺用于石油污染土壤的处理是可行的.
31312 堆制处理技术对原油组分的降解效果 　为了
探讨石油污染土壤生物修复技术的关键问题 ,分别
对污染土壤中原油的组分、芳烃、烷烃、沥青 + 胶质
的降解率进行测定和分析 ,结果见图 2. 经过 53d 的
图 2 　污染土壤中石油各组分的降解率
Fig. 2 Degradation rate of different components of petroleum in contami2
nated soil.
堆制过程 ,烷烃的去除率为 43. 78 %～68. 43 % ,其
中高凝油和稀油的烷烃去除效果最好 (66. 44 %～
68. 43 %) ;其次是稠油的烷烃 ,去除率为 59. 55 % ;
特稠油的烷烃降解率仅为 43. 78 % ;芳烃的去除率
为 32. 86 %～44. 73 %. 稀油和高凝油中的芳烃去除
率大于稠油和特稠油的去除率. 石油烃中最难降解
的是沥青质和胶质 ,它们的去除率最高为 38. 15 % ,
最低的只有 10. 74 % ,可见石油污染土壤生物修复
技术最关键的问题是如何提高沥青质、胶质和芳烃
的去除效果 ,这将是进一步研究的热点.
4 　结 　　论
411 　利用实用规模的预制床堆制技术处理稀油、高
凝油、特稠油和稠油污染土壤 ,从 9 月 2 日开始 ,由
于天气寒冷于 10 月 25 日运行终止. 运行期间环境
参数变化范围气温 :12 ℃～30 ℃,p H6. 8～8. 3 ,水分
9 %～18 % ,O2 14 %～21 %. 污染土壤中原油初始含
量 25. 8～77. 2 g·kg - 1 ,经过 53d 的处理去除率为
38. 37 %～56. 74 %.
412 　本研究中影响处理效果的主要因素是原油的
物理化学性质 , 高凝油含烷烃多 ,沥青少 ,去除效果
好 ,特稠油含沥青和胶质多 ,其污染的土壤较难处
754111 期 　　　　　　　　　　　　　李培军等 :不同类型原油污染土壤生物修复技术研究 　　　　　　
理.
413 　污染土壤生物修复过程表明 ,微生物对石油组
分的可降解性依次为烷烃 > 芳烃 > 沥青 + 胶质. 沥
青、胶质的含量是该处理技术的限制因素.
414 　在该处理系统中 ,土壤中优势石油降解微生物
有毛霉、小克银汉、镰刀菌等真菌 ,还有动胶杆菌、黄
杆菌和芽孢杆菌及链霉菌等 ,这些菌均具有解脂酶
活性.
414 　实用规模的堆制处理工程自然通风可满足运
行要求 ,因而可大大节省能源投资 ,对大规模污染土
壤处理来说 ,本项技术是一种简单易行、便于推广的
污染土壤清洁技术.
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作者简介 　李培军 ,男 ,1950 年出生 ,研究员 ,博士研究生导
师 ,主要从事污染生态学和生态环境工程学研究 ,发表论文
40 多篇. E2mail :Lipeijunzh @sina. com
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8541 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　13 卷