《石油污染土壤生物修复工程技术体系构建与应用》

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该研究属于资源与环境领域。石油污染土壤属于危险废物,量大面广,关乎国家环境安全,已被国务院列为《土壤污染防治行动计划》中的重点监管内容。石油污染土壤修复既是油田环境保护的世界性瓶颈难题,也是衡量国家污染土壤治理技术水平的标志。生物修复作为土壤污染治理的主流技术,已经得到广泛应用,但受限于石油类污染物的降解难度,迄今还未形成工程化和实用化的石油污染土壤生物修复技术。山东省科学院“污染控制与环境修复”创新团队针对烷烃、芳烃和胶质等石油组分的降解过程、强化机制及材料设备,开展了修复原理、工艺方法和技术工程化三方面的全链条创新,以电动协同、微生物包埋、生物增溶为增强手段,构建了石油污染土壤生物强化修复工程技术体系。具体创新研究成果如下:(1)发现了土壤中不同石油烃组分在电场中的降解途径,找到了限速步骤及影响因素,提出了烷烃加速降解、芳烃快速开环、胶质毒性削减等生物修复的强化技术原理;基于生物与电化学对石油烃各组分去除的互补作用,提出了生物与电化学交替、快速反应段组合的协同降解途径,解决了石油烃快速降解反应段后的“拖尾效应”。(2)建立了“高通量菌株筛选-混菌发酵酶效评估-功能菌群构建”的新方法,节省菌群构建时间90%;创制了高效降解菌剂,生物活性延长半年以上;提出了基于石油组分生物强化降解机制的EK-IMT-SER协同工艺,开发了工程化水平的电化学强化修复成套设备,能够实时监控和过程控制,实现了石油污染土壤的生物-物化协同修复。(3)构建了基于生物反应堆的生物及强化修复系统,优化了不同处理条件下工艺参数体系,完成了菌剂/酶制剂/基质等多材料、系列电极/在线监测仪/自动控制等多设备、生物/生物强化等多工艺的技术集成,形成了实用化的工程技术体系,土壤中石油烃的削减负荷≥200g/m3•d,其降解速率和去除效率较国内外同类技术提高1倍以上。研究成果在胜利油田、辽河油田和吉林油田进行工程应用,建成了迄今世界最大规模的生物修复工程。累计处理石油污染土壤12万t,削减了生态脆弱区环境风险,取得经济效益1.43亿元,解决了长期困扰中国油田区石油污染土壤修复的工程技术难题,主要成果入选《2016年国家重点环境保护实用技术》,实现了油田区石油污染治理水平的跨越式进步。该项目受863计划、国家科技重大专项、国际合作重大专项、环保部公益专项、国家自然科学基金等14个项目资助,经过9年持续攻关,共申请专利31件,包括国际发明专利PCT 4件;授权发明专利12件,包括US Patent 1件;登记软件著作权6项;获批企业标准1项;在国内外核心期刊发表论文53篇,包括国际主流SCI期刊21篇;出版专著2部、译著1部;在原理、工艺和材料装备上均有重大突破,引领了国际同类研究,取得了一批具有自主知识产权的创新性成果,总体达到国际先进水平,部分达到国际领先水平。

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