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生物修复技术处理阿伦场石油污泥Mohamad Yani,Agung Dhamar Syakti,Syahrul Radhe,Novita Khanimand BPMIGAS Reps摘要：在亚齐省北部的阿伦场，泥浆污泥是在钻井作业和产品生产过程中产生的一种含有碳氢化合物和重金属成分的混合物。污泥被归为一类危险和有毒废弃物，因此,需要对它经过特殊的处理和操作。生物修复技术作为所有废弃物管理方案的一部分，采用它处理污泥以达到印度尼西亚监管机构允许的环境污染物排放浓度。含油污泥前处理前的抽样结果表明:污泥中石油碳氢化合物(THP)的浓度在2-4之间，如铅，锌，汞重金属化合物都超过政府规定的允许值。氧化塘，悬浮液和生物堆肥这三种生物方法用于处理污泥废弃物。培养的本地微生物群落用来消除和改造目标污染物。通过氧化塘的方法减少了石油油脂、化学需氧量、硫化氢、氨等的含量，降低了pH值，并使总的苯酚含量低于产液门限值，与此同时悬浮液和生物堆肥技术则明显地使石油碳氢化合物、苯系物和重金属的含量减少，这些方法的相互结合产生了一个有用而且有效的方式来减少石油废弃物和石油污染的土壤，并使它们对人类健康和环境是无害的。我们对小家鼠进行了一个急性毒性实验（LD50），该测试表明污泥的质量有了明显改善。生物处理后的土壤就地被用来种植如向日葵、豆科作物、麻风树和野生的植物，并且这些植物都生长地很好。朗读显示对应的拉丁字符的拼音 系列的监控程序每季度进行一次,一年以后,土壤中总石油烃的含量与规定值10000ppm相比较是2150ppm，两个监测水井的水质也低于标准规定值。关键词：生物降解、毒性、就地、微生物群落。引言 作为印尼支柱性产业的石油和天然气对国家的发展有着重大贡献,它们对国家的经济有重大影响，如提供就业机会和创造经济活动以增强地方和特区经济。然而，埃克森美孚印尼石油公司制定的石油和天然气生产工艺都对环境有潜在的影响,为了减少在钻井和生产活动中产生的含油污泥对环境的影响，从2004年以后，埃克森美孚印尼石油公司开始致力于研究对废弃物的利用使其对环境无害,他们采用生物修复技术来处理现存的泥浆池中的含油污泥。该项目旨在减少高度污染的含油污泥中总的碳氢化合物和重金属的含量，使其与环境国务部长在2003年第128号文件规定的关于生物处理含油污泥和石油污染的土壤上的技术要求相一致。该项目的重点是在进行生物扩增和生物刺激的同时结合氧化塘，生物堆肥和悬浮液处理技术。微生物群落是从现有受污染的污泥中分离出来，对于微生物群落制剂作为降解剂将在这篇文章作进一步的讨论。理论和定义的陈述生物修复技术被认为是一个环保型的技术,它作为一个有效地降解含油污泥（Bartha,1986）的方法在石油和天然气行业已使用50多年。它采用微生物的生物修复能力即在一定条件下能降解目标污染物,生物修复过程可以通过增加外源性微生物或添加营养素刺激原有微生物来进行。我们可以从通过不同的渠道来分离烃类降解菌，如污染地区、堆肥、有机肥。可能在过去，国家最先进的修复受污染土壤的方法就是挖掘一个安全填埋场并对其进行处理，面对承担责任的风险以及成本和监管的约束，土壤/污泥清除替代原有方法是我们提倡的。因此，现场污泥的永久解决方案是处理的首选方法，尤其是那些涉及污染物彻底去除而使用的生物技术，即生物修复技术。为了支持生物修复操作，对它的性能进行监测，一些重要的过程如下：物理分析值的大小是由土壤中实际的酸度（在蒸馏水中）和潜在酸度（在氯化钾溶液中）决定的。石油烃和石油油脂是按照20日,1998 5520-B-C/Infra红色分光光度计测定法的描述来提取的。分别用温度计、分光光度计（亚甲基蓝）和靛酚来测量温度、硫化物（）和氨（），而化学需氧量（COD）和总酚则用光度滴定来测定；重金属含量及总溶出特性（阿尔森米斯，钡，镉，铬，铅，库珀，汞，硒和锌）采用原子吸收分光光度计（AAS法）测定。其它参数也进行了观察（数据未显示）包括根据沃克利和布莱克方法观测的有机碳的含量、凯氏定氮法来测定的土壤中氮的含量以及通过总磷来观测的磷的含量。由于气候数据对处理方法的设计是最有影响的，因而我们也要观察降雨量。细菌的计数和鉴定通过溶解5g样品到10ml0.85%的氯化钠溶液中来对泥浆池和受污染地区进行微生物分离，然后加入营养脂和PDA。经过净化的菌种分别地生长在一个由、MgS04形成的培养基中，并在培养基中加入2%柴油作为碳源。为了评估微生物数量，采集的样品与0.85%的NaCI溶液相混合并搅拌30分钟，从而在土壤或污泥基体中提取细菌。所有的异养菌按表面扩散法计数，用最大可能数值法对烃类微生物计数，同时以柴油作为碳识别的来源。伯杰系统细菌学手册和伯杰鉴定细菌学手册被用于通过显微镜观察和生理测试（BIOLOG)来对细菌进行识别。急性毒性实验（LD50；致死剂量）在进行急性毒性试验分析前要对生物修复后的污泥样本进行土壤/污泥混合。对固体材料的LD50进行了96小时的急性毒性试验分析（致死剂量50）（OECD，2001），对来自相同的生长环境且至少两个月大的（公鼠和母鼠）成年鼠（家鼠）进行了物种测试，并且小家鼠是从享有着美好声誉的茂物农业大学购买的。在该方案中，当小家鼠体重中LD50含量达到15.000毫克/公斤时小家鼠的死亡率作为主要测试结束点（EPA，2005），而且对小家鼠的临床变化（即总尸检）我们也进行了观察。设备和进程的描述及应用方案描述从2007年1月到2007年9月埃克森美孚印尼石油公司在阿伦场亚齐对生物修复方案进行了实施，我们共有20个人员参加到这个方案中。在此期间，挖土机对泥浆池中6立方米的泥浆进行搅拌，发电机带动空气压缩机和鼓风机进行曝气，以及各种泵和卡车对泥浆进行转移。对120立方米微生物群落的培养（MCC）需要使用有机肥（牛粪，堆肥）和无机肥（尿素和氮磷钾肥）。除了填充剂外如棕榈油壳，稻壳，切碎的草都可以减少土壤容重并作为附加在生物修复过程中有机物。处理工艺从图1中可以看到，我们能够区分泥浆池中的三个分层即水、浆液和沉降物，这样的情形可以让我们根据实际状况和气候条件作出变化的方案。水被作为氧化塘处理，其作用是能同时为处理的泥浆和固体物质注水；泥泞的废弃物以泥浆的形式出现是泥浆处理的难题；干燥的沉降物被用于桩施工中。对于所有的处理中,大量的微生物（细菌，真菌，酵母菌）以群落的形式出现是必要的，它们最终要把大多数目标污染物矿化成二氧化碳。因此，随着对生物自然修复过程的认识，我们可以获得更好地净化污染物的方法。两种代谢模式即需氧菌塘和厌氧菌塘，生物堆肥和悬浮液两种方法被用于处理泥浆池中含油污泥。有氧方法是使用空气喷射以确保在染物的有机物降解过程使氧气转移。事实上，这种好氧生物的修复需要有可利用的氧气来支持酶的作用，以便加快反应和石油烃的降解；反之，在额外的填充剂作为补救剂的情况下，对于受污染的淤泥来说厌氧方法将表现出一个堆肥化的过程。水分、热量、营养、氧气和pH值对生物的降解过程起着重要作用,在生物群落产生活性以前，它们均必须维持在最佳状态。数据和结果的说明土壤微生物的制备有超过17种不同的微生物菌落从泥浆池中分离出来。其中十二种是细菌，如无色杆菌、不动杆菌、气单胞菌、芽孢杆菌、Echericia菌、黄杆菌、KOucuria杆菌、结核分枝杆菌、假单胞菌、变形杆菌、Rugeria杆菌和鞘氨醇杆菌；另外四种是真菌（假丝酵母，隐球菌藻，红酵母和酵母菌）和还有一种身份不明的放线菌。在分离的微生物中有6种因作为长效剂和致癌剂而闻名，并且它们显示出降解聚芳香族碳氢化合物（PAHS）的能力。对假单胞菌的存在是意料之中的，因为这种细菌被认为能够分解多种有机污染物。这些革兰氏阴性菌是带有鞭毛的杆状细胞。假单胞菌被列入微生物中，它是最常见且生长在各种恶劣环境中的一种微生物。自从鞘氨醇在泥浆池样本中检测到以后，我们便发现了一个有趣的结果：这些物种以前被描述为海洋碳氢化合物细菌属于革兰氏阴性细菌，而且能够在有氧条件下和碳氢化合物一起生长成为碳和能量的唯一来源。由于许多试验都是使用大约3000ppm的海水凝胶液，因而整个群落可能是耐盐的。使用不同的潜在微生物源的接种是为了实现降解活动的最优化。对污染物浓度的选择的考虑则是依据其细胞可能的最大数量。我们对生物降解率的预期是确定的,而计量公式的假设是用来估计所需的生长因子如：氧气，营养物质和PH值。大量培养的微生物被用来增加处理,从而使启动单元尽快达到所需的目标。污泥处理考虑到气候条件和泥浆池中可能的分层（水，浆液和沉降物），因此,氧化塘、生物堆肥、悬浮液三种处理方法被结合起来同时使用。1氧化塘处理在水排放到大自然之前，该技术已经在2007年3月对水进行了处理。氧化塘处理单元中的两个单元是处理多余的可能从泥浆池中溢出来的水。鼓风机被用来维持曝气，通过4立方米微生物群落培养基（MCC）对大规模的水进行接种。在大多数情况下，微生物群落培养基增加了进行光合作用的绿藻小球藻数并使氧化塘处理方法更加丰富化。这种绿色的藻类，可以为先进的处理增加益处，因为小球藻被确认具有强大的吸收和积累有机污染物（氨，磷）、重金属甚至多氯联苯（PCB）的能力。蓝藻、蓝绿藻及小球藻被认定在氧化塘处理重金属的反应中比绿藻更加剧烈（Kusel - Fetzmannet et al，1989）。颤藻、裸藻、无法识别的鞭毛生物、裸藻和小球藻这些浮游生物的含量分别为2.963cell/mL、741cell/mL、2.774cell/mL、185cell/mL 和 6,783.333cell/mL，一些物理化学参数测试结果列于表1结果表明，对两个单元来说石油油脂的浓度小于0.5，泥浆池样品的化学需氧量（COD)分别低于临界水平，氧化塘单元1和2的化学需氧量分别低于150 mg/L和240 mg/L。由于现有的泥浆池旁有不断渗滤液的运河(在泥坑的南侧处偶然发现),所以我们通过安装溢出水池坑(2*1.5*0.7)m来控制这种滤液的流入。可利用的重金属能够被吸收并且以较低的毒性固定在小球藻细胞内这一发现的结果与预测相符合,结果表明小球藻生物量丰富是它的最大优势。2生物堆肥为了找出含油污泥生物降解的最佳条件，对受污染的污泥了添加了营养成份即牛粪与无机调理剂（氮磷钾和尿素）,填充剂（棕榈壳，锯末和切碎的草）和作为接种（MCC）的细菌群落。在3个月的处理过程中，约2000 立方米的污泥被200-250立方米的三个生物堆单元所处理。图2显示污泥基质、总石油碳氢化合物的含量随着时间而不断减少。石油降解能力的提高是由于选择了由不动杆菌、气单胞菌、假单胞菌、芽孢杆菌、黄杆菌、棒状杆菌等菌株所组成的细菌群落。当桩建成时，填充剂的加入，对微生物种群会产生一种激发效应的倾向，该填充剂可能发挥减少土壤容重以及作为附加在生物修复过程中有机物质的作用，而人们先前注意到，有机物质的添加对土壤来说能够提高石油的降解 (Chang and Weaver,1998)。土壤耕作能够提高碳氢化合物对碳源的生物利用度及微生物对能量的生物利用度，从而来增加生物的降解。我们在施工初期时发现了一些小团块，但是在耕作的期间却消失了，这可能是耕作使得烃类化合物的重新分布，使之更适合微生物降解。一般来说，土壤耕作可能增强污泥中的碳氢化合物与细菌的接触，从而提高生物修复过程。3污泥处理(泥浆池)在污泥处理阶段，通过直接在泥浆池中控制污泥和水的混合来作为一个开放的生物反应器使其黏度降低。在泥浆废弃物中混入预定的水使其形成泥浆；接下来是在脱水前对混合的浆料（通过沉淀）进行两天的处理，通过鼓风机系统使曝气维持最长期限，利用威尔顿泵转移泥浆材料实现机械通气，从而使曝气效果最佳。其他曝气系统是通过在泥浆池中的12根1英寸直径的排气管来安装空气提升泵而完成的，该系统是使用空气压缩机（180立方英尺）来每天运行4-6小时，当它以最大速率运行时可能会导致在泥坑中释放污染的水汽。经过三四个星期的生物修复后，石油烃含量显著降低，修复效果如下图3。至于在泥浆池中的生物修复过程，（图3）显示了5个月的修复过程中石油碳氢化合物浓度逐渐下降。从图中我们可以看到在2007年5月，石油碳氢化合物水平仍然很高，这是因为现场不同区域的污染物浓度不同从而使现行的操作模式不足以获得完美的混合效果来达到同质条件，这就可以解释这种异常的状况的原因。因此，在修复技术中使用的细菌需要更多的时间来降低污染。由于生物降解依赖特殊的生物酶，这些微生物的最佳pH往往在6.5和7.5之间这与它们细胞内的pH是一致的，虽然微生物的降解活动会使pH值减少，但是可以通过加入石灰对pH值进行定期测量和调整。4检测井两个检测井装置被安装到了泥浆池中用来对滤液进行分析，我们分析了它的PH值、电导率和碳氢化合物的含量。初步调查显示，在泥浆池中（水，浆液和沉降物）电导率是2002806umnos/cm，这么高的阳离子是由于有重金属的原因，当整个污泥经过处理后（八个月的工作期），电导率的平均值为448 175umnos /cm。该水井分析结果显示汞、铅、镉、铬、镍、钴、铁和铜的平均含量分别低于0.0002 ppm、0.16 ppm、0.001 ppm、0.01 ppm、0.05 ppm、0.04 ppm、0.11 ppm及0.11ppm，这个分析结果证明了在物修复过程中没有产生浸析，那么我们怀疑高的导电率可能来自于其他阳离子如Na、K、Ca和Mg。5急性毒性试验（LD50致死剂量）直到浓度达到23，86627，748.9ppm时，试验动物的死亡率和临床表现才有重大改变。然而，当LD50占体重的百分比大于规定(PP No.74/2001)的15.000毫克/公斤时，经过处理过后的土壤仍然需要继续控制，通过扩大周边土壤范围对处理后的土地来说是一个最好的选择。终点标准和生物修复监测根据印尼政府的标准KepMen LH 2003年第128号文件：生物修复过程的终点标准是实现碳氢化合物、聚芳烃、苯系物（苯，甲苯乙苯和二甲苯）的浓度以及金属含量应符合临界值即碳氢化合物应小10.000ppm，苯系物和总多环芳烃不应超过10ppm，苯为1ppm。从整个治疗过程中的氧化塘、悬浮液和生物堆肥来看，我们没有检测苯系物和多环芳烃的含量。9种重金属渗滤液总特性分析如阿尔森米斯、钡、镉、铬、库珀、铅、汞、硒、锌分别不应超过5，150 ppm、1 ppm、5ppm、10 ppm、5 ppm、0.2 ppm、1 ppm、 50 ppm，一旦处理后的土壤已达到终点的标准，石油碳氢化合物浓度应每半年进行监测一次且要持续两年。 为了验证终点条件，我们在生物修复的广大土地面积上进行了三次（每三个月一次）土壤监测。在表2的结果显示：经过一年的监测过程，生物修复的土壤总石油烃的平均含量低于2150 ppm。生物处理后的土壤就地被用来种植如向日葵、豆科作物、麻风树和野生的植物，并且所有的这些植物都生长地很好。在2008年1月第一次监测中，通过观察我们看到大于80的土地面积已经成为了包括草、豆科植物、灌木和树木（表3）这些野生生物栖息地，我们还发现了一些野生动物如鸟，蛇和蜥蜴（表3）。我们已经报道过绒毛豆、刀豆、麻风树和腹病灌木在生物修复后的抛光处理使用。一些有潜在用途的草和豆类作物可以被用于重新生长，因为它们应当在之前就存在本地固有的植物中，并且它们能够耐污染和增加根结构的密度和深度。通过这些潜在的物种，可以减少对土壤中可降解的碳氢化合物的监测，能够进行渗滤液控制，并且还能重新美化生态，因此它们能够恢复土壤。2008年8月观测显示，接近80的土地蔓延面积1,2和3和前泥浆池都被在2008年一月和四月报告中所提到的许多植物所覆盖，麻风树、木瓜、樱桃树生长良好，它们都高达3米。朗读显示对应的拉丁字符的拼音结论埃克森美孚印尼石油公司（EMOI）的环境管理计划是在亚齐生产操作区进行生物修复作业，清理现存的在第四组阿伦场的泥浆池，以满足环境监管要求。泥浆池的特点是分为水、浆液和污泥三层。从污泥的特点可以分析出总石油烃（石油碳氢化合物）浓度在2-4之间以及重金属化合物的含量如铅、锌、汞都高于政府的规定值。三种不同的生物修复方法如生物堆肥、氧化塘和悬浮液被用于从泥浆池中减少石油烃污染物。生物堆肥方法修复结果显示，它能在一个月内有效地消除超过90的石油碳氢化合物；通过观察氧化湖方法，它能使几个主要的因素诸如石油油脂、pH值、化学需氧量、硫化氢和总酚达到标准要求；而用悬浮液处理方法得到的结果可以直接有效的应用到泥浆池处理中。这些方法的结合产生了一个有用和高效的处理方法来减少石油碳氢化合物含量以满足政府对生物修复规定的标准。小家鼠急性毒性实验（LD50）说明了污泥质量有了重大的改善，并且证明了生物修复技术对环境的重要意义。生物修复后的土壤被就地种植，这些被种植的植物是向日葵、豆科覆盖作物（伦敦）、麻风树、而且所有的被种植的植物和野生植物都能健康生长。经过一年的监测后，近80的土地面积被这些植物覆盖，生物修复后土壤中总的石油烃的平均含量低于2150 ppm，两个监测水井的水质均低于监管限制，电导率趋于逐步增加。参考文献:Chang, Z. Z. and R. W. Weaver (1998). Organic Bulking Agents for 艺Bioremediation SoiL ioremediation J. 1: 173-180.Environment Protection Agency, 2005 EPA Guidelines (EPA 589/05) ex situ soil bioremediatbn in South Australia, EPA, Adelaide.Keputusan Menleri Lingkungan Hidup No. 42 tahun 1996 tentang Baku Mutu Limbah Cair Kegiatan Minyak dan Gas Bumi.Keputusan Menteri Lingkungan Hidup No. 128 tahun 2003 tentang Tata Cara dan Persyaratan Teknis Pengolahan Lirnbah Minyak Bumi dan Tanah Terkontaminasi oleh Minyak Bumi secara Biologis.Kusel-Fetzmann, E. L. (1996). New eeords offreshwater Phaeophyceae ;rom Dcl1 Austria Nova. Hcdw. 62: 79-89.OECD 2001 Guidelines for testing of chemicals. Acute Oral Toxicity. Paris.Peraturan Pemerintah (PP) No.74 tahun 2001 tentang Pengelolaan Limbah Bahan Berbah(lya dan Beraeun (B3)12
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