第四章 土壤污染生態(tài)修復(fù)技術(shù)-石油_圖文

1、 授課對(duì)象:環(huán)境工程專業(yè) 第一節(jié)土壤重金屬污染與修復(fù)第二節(jié)土壤農(nóng)藥污染與修復(fù)第三節(jié)土壤石油污染與修復(fù)第四節(jié)礦山廢棄地生態(tài)恢復(fù)第五節(jié)城市污泥生態(tài)恢復(fù)第三節(jié)土壤石油污染與修復(fù)1.石油簡(jiǎn)介2.土壤石油污染3.石油污染土壤生態(tài)修復(fù)技術(shù)4.土壤石油污染的治理措施5.應(yīng)用 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人類對(duì)能源的需求也不斷擴(kuò)大,而石油是最重要的能源。所以各國(guó)都加快了對(duì)油氣資源的開發(fā)利用,從沙漠到海洋、從無(wú)人區(qū)到人口稠密區(qū),越來(lái)越多的油氣井出現(xiàn)在世界各地?！肮I(yè)的血液”石油是什么?石油主要是由烴類化合物組成的一種復(fù)雜化合物。包括飽和烴、芳香烴類化合物、瀝青質(zhì)、樹脂類等。從元素構(gòu)成上看,主要是由C、H兩種元素和少量O、S

2、、N等組成的復(fù)雜化合物,其中碳?xì)鋬煞N元素占了97%-99%。石油的成分-碳?xì)浠衔?烷烴 包括直鏈和支鏈烷烴 環(huán)烷烴多數(shù)是烷基環(huán)戊烷、烷基環(huán)己烷芳香烴多數(shù)是烷基苯。一般石油中不含有烯烴。芳香類物質(zhì)對(duì)人和動(dòng)物的毒性較大,尤其是雙環(huán)及三環(huán)以上的多環(huán)芳烴毒性更大。毒性和溶解性依次增大含硫化合物主要有硫醇(RSH 、硫醚(RSR 、二硫化物(RSSR 和噻吩在石油的某些加工產(chǎn)物中還含有硫化氫(H 2 S 。含氧化合物主要有環(huán)烷酸和酚類(以苯酚為主,此外還含有少量脂肪酸。在煉油生產(chǎn)中常把環(huán)烷酸和酚叫做石油酸。含氮化合物主要有吡啶、吡咯、喹啉和胺類(RNH2等。石油的成分-其他化合物: 石油的分餾:原油輕

3、質(zhì)油石油氣汽油煤油輕柴油重質(zhì)油瀝青重柴油燃料油石蠟潤(rùn)滑油常壓蒸餾減壓蒸餾被用作照明、殺蟲藥的溶劑、航空、和洗滌劑等。主要有汽油機(jī)油、柴油機(jī)油、機(jī)械油、壓縮機(jī)油、汽輪機(jī)油、汽缸油和齒輪油等除用于鋪路外,可制成瀝青油漆、瀝青油氈、瀝青橡膠、瀝青涂料、瀝青絕緣膠、瀝青磚、瀝青板和石油焦等產(chǎn)品?？芍频孟礈靹?、乳化劑、分散劑、增塑劑、潤(rùn)滑劑等。石油化工業(yè)的工藝類型及主要污染物石油化工總體上來(lái)說(shuō),可分為煉油工藝、乙烯工藝及化纖工藝三部分。煉油工藝是龍頭,以石油煉制為主題,生產(chǎn)燃油及化工原料。乙烯工藝為中間原料生產(chǎn)鏈,生產(chǎn)各類石化原料及產(chǎn)品。化纖工藝主要以石油化工原料為主來(lái)生產(chǎn)化纖產(chǎn)品。因此石油化學(xué)工業(yè)的污

4、染物除常規(guī)的COD、BOD5、SS外,還有其本身的特征污染物,包括石油類、硫化物、揮發(fā)酚、氫化物、苯、NH-N、乙烯、丙烯、環(huán)氧乙烷、甲醛、苯、3甲苯、丙烯腈等大量的有機(jī)污染物。2.石油污染的來(lái)源和危害溢油和泄漏污水灌溉油頁(yè)巖礦渣堆放大氣沉降藥劑施用土壤石油污染指原油和石油產(chǎn)品在開采、運(yùn)輸、儲(chǔ)存以及使用過(guò)程中,進(jìn)入到土壤環(huán)境,其數(shù)量和速度超過(guò)土壤自凈作用的速度,打破了它在土壤環(huán)境中的自然動(dòng)態(tài)平衡,使其累積過(guò)程占據(jù)優(yōu)勢(shì),導(dǎo)致土壤環(huán)境正常功能的失調(diào)和土壤質(zhì)量的下降,并通過(guò)食物鏈,最終影響到人類健康的現(xiàn)象。陸地采油大量的生產(chǎn)設(shè)施如油井、集輸站、轉(zhuǎn)輸站和聯(lián)合站等,原油會(huì)被直接或間接的傾瀉于這些設(shè)施附近

5、的地面;產(chǎn)品的開采和運(yùn)輸也會(huì)使石油類物質(zhì)進(jìn)入土壤環(huán)境; 油氣的開采和運(yùn)輸過(guò)程會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成影響。在石油、天然氣的開采過(guò)程中,會(huì)產(chǎn)生大量含油廢水、有害的廢泥漿以及其他一些污染物,如果處理不好就會(huì)污染周邊土壤、河流甚至地下水; 同時(shí)石油、天然氣本身就含有對(duì)人和動(dòng)物有害的物質(zhì),一旦發(fā)生井噴或泄漏,將對(duì)生活在油氣田附近的人和動(dòng)物構(gòu)成致命威脅石油管道的泄漏也會(huì)嚴(yán)重破壞生態(tài),溢油和泄漏污水灌溉油頁(yè)巖礦渣堆放大氣沉降藥劑施用2.1石油進(jìn)入土壤的途徑吸附和解吸 遷移光解生物降解 逸散到大氣中的部分 表層土壤中的部分2.2石油在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化土壤結(jié)構(gòu)植物食物鏈毒害微生物營(yíng)養(yǎng)成分石油大氣污染在油氣揮發(fā)物中的碳

6、氫化合物經(jīng)光照作用,發(fā)生光化學(xué)反應(yīng),生成危害更嚴(yán)重的二次污染物光化學(xué)煙霧。石油燃燒產(chǎn)生的硫氧化物和氮氧化物,同時(shí)會(huì)形成酸雨,1降低了光和作用的效率,海洋產(chǎn)氧量減少。據(jù)估計(jì),海洋中主要因藻類光和作用所放出的氧氣占全球產(chǎn)氧量的1/4。5藻類生長(zhǎng)阻滯也影響其他海洋生物的生長(zhǎng)與繁殖,對(duì)整個(gè)海洋生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生影響。2浮油將分散于海水中的氯烴濃集到表層,對(duì)浮游生物、甲殼類動(dòng)物和晚上浮上海面的魚苗產(chǎn)生有害影響,或直接觸殺,或影響其生理、繁殖與行為。4假信息泛濫。石油中的有些組分類同于一些海洋生物的化學(xué)信息。3油類含有多環(huán)芳烴致癌物質(zhì),經(jīng)海洋生物的富集后,對(duì)哺乳類動(dòng)物及人類有致癌、致畸、致突變的作用。海洋油膜2

7、.3石油污染對(duì)環(huán)境的危害重大石油污染事件:據(jù)統(tǒng)計(jì),從19701990年,發(fā)生的海洋石油泄漏事件多達(dá)1000起,每年排入海洋的石油有1000萬(wàn)1500萬(wàn)噸。1978年3月在法國(guó)布列塔尼附近發(fā)生的阿莫柯.卡迪茲號(hào)油輪失事,所載的22萬(wàn)噸中東原油幾乎全部流入海中。1977年墨西哥灣發(fā)生的井噴是迄今世界上最嚴(yán)重的一次,九個(gè)月內(nèi)共溢出原油50萬(wàn)噸。1991年海灣戰(zhàn)爭(zhēng)期間泄漏入海洋的石油數(shù)量高達(dá)150.7萬(wàn)噸,使當(dāng)?shù)匮匕渡鷳B(tài)遭受毀滅性破壞,生態(tài)恢復(fù)至少需要100年時(shí)間。這是迄今為止世界上最大的原油泄漏事件。 2010年: 墨西哥灣漏油事故大連新港中石油原油儲(chǔ)備庫(kù)爆炸泄漏事故 物理修復(fù)化學(xué)修復(fù)生物修復(fù)3.石

8、油污染土壤生態(tài)修復(fù)技術(shù) 熱處理法隔離法將受污染的土壤加熱,使得石油烴類物質(zhì)受熱分解或者揮發(fā),從而達(dá)到凈化土壤的目的。常用的加熱方法主要有紅外線、微波和射頻、管道注入水蒸氣等。該方法由于成本較高,因此,僅適用于小面積且污染情況比較嚴(yán)重的情況。換土法焚燒法土壤氣相抽提法SVE是利用石油類物質(zhì)易燃燒的特點(diǎn),在溫度為8501200的條件下焚燒污染的土壤,使石油類物質(zhì)通過(guò)燃燒的方式變?yōu)闅怏w而脫離土壤本體,進(jìn)而去除石油類污染物,達(dá)到修復(fù)土壤的目的。該方法處理費(fèi)用高,一般不適宜于大面積污染土壤的治理,只適用于小面積石油烴污染嚴(yán)重的土壤治理。采用粘土或其它人工合成的惰性材料,將石油污染的土壤與周圍環(huán)境隔離開來(lái)

9、,防止污染物向周圍環(huán)境(地下水、土壤的遷移,適合于任何石油烴污染土壤的控制。對(duì)于滲透性差的地帶,尤其比較適用。此法與其它方法相比,運(yùn)行費(fèi)用較低,存在二次污染的風(fēng)險(xiǎn)。CSP法(凈化土壤工藝?yán)煤嫉奈锪?如煤、焦炭等,當(dāng)作吸附物,在90和強(qiáng)烈攪拌下通過(guò)煤表面強(qiáng)力吸附烴基污染物,然后用重選或浮選法將干凈的土壤和吸附有烴基化合物的煤分開,達(dá)到凈化土壤的目的。CSP 法能處理不同種類的、不同粘性的及其它方法難以處理的土壤;而且結(jié)果表明:該法能成功地凈化含石油烴化合物和氯化物的土壤,效果很好,并且運(yùn)行可靠、重現(xiàn)性好。但CSP 法發(fā)展還不成熟。機(jī)械法D·芬等提出了一套將噴射反應(yīng)器清洗、磨蝕清洗和

10、超聲清洗3種方法合而為一的流程。這一流程可以使最難處理的小于100m 的細(xì)粒土壤的重油質(zhì)量分?jǐn)?shù)由5%降至1%。在這一流程過(guò)程中噴射反應(yīng)器依靠高壓水的剪切力,磨蝕清洗靠土壤顆粒之間相互碰撞的摩擦力,超聲波清洗則是依靠在空間某個(gè)很小的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的瞬間高壓沖擊分別對(duì)土壤顆粒進(jìn)行清洗。萃取法浮選法土壤洗滌法化學(xué)氧化法光催化法萃取法原理:根據(jù)相似相溶原理,利用有機(jī)溶劑來(lái)萃取土壤中的石油類物質(zhì),然后對(duì)有機(jī)相內(nèi)的物質(zhì)進(jìn)行分離,回收石油類物質(zhì),分離出的溶劑可循環(huán)使用;適用:適合于面積小且石油污染濃度高的情況。缺點(diǎn):成本高,流程長(zhǎng),工藝復(fù)雜,且有機(jī)溶劑的回收率通常很低,因此制約著該方法的發(fā)展。浮選法利用了油類物

11、質(zhì)憎水的特點(diǎn),用水作為萃取劑來(lái)萃取土壤,使得土壤中的石油類物質(zhì)與水分層,從而達(dá)到去除油類污染物的目的,這種方法對(duì)于粒徑在758300m的土壤顆粒中的石油類物質(zhì)去除率可達(dá)65%80%。由于這種方法不需要額外的有機(jī)溶劑,因此被認(rèn)為有廣闊的發(fā)展空間。3.2化學(xué)修復(fù)技術(shù)土壤洗滌法化學(xué)氧化法光催化法向被石油烴類污染的土壤中噴撒或注入化學(xué)氧化劑,使其與污染物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)凈化的目的。常用的氧化劑有二氧化氯、臭氧、過(guò)氧化氫、高錳酸鉀等,其中認(rèn)為二氧化氯造價(jià)低,且對(duì)石油烴類有較高的處理效率。化學(xué)氧化法去除土壤中的石油污染通常與去除地下水中的石油污染同時(shí)進(jìn)行,可以與空氣吹脫法或生物修復(fù)聯(lián)合使用。利用表面活

12、性劑、熱堿水等化學(xué)試劑和水混合而成的洗滌液,浸泡洗滌破碎的污染土壤,從而在水相中富集了含有污染物的表面活性劑,將經(jīng)過(guò)洗滌后的土壤回填至原地。僅適用于砂壤等滲透系數(shù)大的土壤,同時(shí),它存在著明顯的缺陷,即引入的洗滌劑易造成二次污染。利用催化劑,使得光對(duì)石油烴的分解速度加快。已發(fā)現(xiàn)氧化鋅、氧化鎢、硫化鋅、二氧化鈦等光催化劑。原位處理工藝:生物強(qiáng)化法(土著菌培養(yǎng)法和投菌法 生物通風(fēng)法 生物注氣法 生物沖洗法 生物耕作法異位處理工藝:預(yù)制床工藝(Prepared bed堆肥處理工藝(composting生物反應(yīng)器工藝(Bioreactor厭氧生物修復(fù)工藝?yán)猛寥乐械耐林⑸锘蛳蛭廴经h(huán)境補(bǔ)充經(jīng)馴化的高效

13、微生物,在優(yōu)化的環(huán)境條件下,加速分解污染物,修復(fù)被污染的土壤。降解石油烴類化合物的微生物種類 厭氧生物修復(fù)工藝研究表明:厭氧生物修復(fù)技術(shù)對(duì)某些污染物如三硝基甲苯、五氯酚等的降解效果要比好氧生物修復(fù)技術(shù)更為顯著,但由于其厭氧條件難于控制,厭氧菌的培養(yǎng)速度和對(duì)污染物的降解速度比好氧菌慢得多,并且存在產(chǎn)生次生污染的風(fēng)險(xiǎn)等原因,其應(yīng)用比好氧生物修復(fù)技術(shù)少。3.3 生物修復(fù)技術(shù)-植物修復(fù)技術(shù)即植物對(duì)于有機(jī)物的直接吸收,主要為二甲苯、含氯有機(jī)溶劑和短鏈脂肪族化合物;植物的分泌物,如硝酸鹽還原酶可以還原TNT等成分,植物通過(guò)提高根系微生物的數(shù)量和活性去除有機(jī)污染物。*但當(dāng)土壤中的石油濃度較大時(shí),土壤中粘稠的

14、石油能窒息植物根部的呼吸、而使植物爛根死亡,故對(duì)于植物修復(fù)的實(shí)施,應(yīng)當(dāng)針對(duì)于土壤石油濃度較低情形。3.4 修復(fù)技術(shù)發(fā)展的瓶頸分析石油污染土壤修復(fù)技術(shù)的選擇和處理效果與石油污染物的組成與性質(zhì)、石油污染物在土壤中的變遷和土壤環(huán)境等條件密切相關(guān)。原位修復(fù)技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單,成本較低,但存在環(huán)境影響大、耗時(shí)長(zhǎng)、見效慢和易使污染物擴(kuò)散等缺點(diǎn)。異位修復(fù)技術(shù)可通過(guò)強(qiáng)化降解條件來(lái)提高處理效率,但要額外運(yùn)輸污染土壤,占用一定的場(chǎng)地和安裝通風(fēng)設(shè)備均會(huì)增加處理成本;殘留油的種類和殘留量很大程度上決定了石油污染土壤修復(fù)的技術(shù)難度、方法選擇、資金投入和持續(xù)時(shí)間。3.5 石油污染土壤修復(fù)技術(shù)研究展望石油污染土壤綜合修復(fù)技術(shù)的開

15、發(fā)完善石油污染土壤修復(fù)的工程設(shè)計(jì)修復(fù)石油污染土壤的新型功能材料的開發(fā)與利用加大分子生態(tài)學(xué)技術(shù)在石油污染土壤修復(fù)中的應(yīng)用4.土壤石油污染的治理措施加強(qiáng)前期調(diào)查優(yōu)選修復(fù)方案確保施工質(zhì)量評(píng)價(jià)修復(fù)效果4.土壤石油污染的治理措施1加強(qiáng)前期調(diào)查明確具體的調(diào)查內(nèi)容石油污染物的性質(zhì)、濃度和分布狀況;現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)、水文、氣象等環(huán)境條件;生物修復(fù)的可能性;理化修復(fù)的可能性?？茖W(xué)制定調(diào)查方案,包括調(diào)查的起止時(shí)間、人員分工、方法步驟、應(yīng)急措施等。認(rèn)真組織實(shí)施4.土壤石油污染的治理措施2優(yōu)選修復(fù)方案根據(jù)前期調(diào)查結(jié)果,進(jìn)行必要的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)或小規(guī)模實(shí)地修復(fù)試驗(yàn),提出合理的工程設(shè)計(jì)、運(yùn)行方案和費(fèi)用預(yù)算。目前多采用綜合修復(fù)措施5.應(yīng)

16、用 石油污染土壤菌劑修復(fù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告概況:沈撫灌區(qū)土壤以石油烴類污染為主,污灌年限長(zhǎng),流量大,面積廣,難降解有機(jī)污染物(PAHs含量高,這在國(guó)內(nèi)外都非常少見,迫切需要經(jīng)濟(jì)、有效、易于操作的土壤原位生物修復(fù)綜合技術(shù)。研究意義:本部分研究以微生物實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),篩選污灌土壤中解脂酶活性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)微生物,人工接種培養(yǎng),配制成固體菌劑,分別接種在田間和網(wǎng)室布置的微區(qū)和盆栽,以不同經(jīng)濟(jì)作物進(jìn)行試驗(yàn)。主要探討菌劑施加的方法與條件,實(shí)現(xiàn)研究成果產(chǎn)業(yè)化,這在治理大面積污灌土壤上具有重要意義。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容田間試驗(yàn)在污染現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置試驗(yàn)微區(qū),以觀測(cè)不同處理的生物修復(fù)在自然條件下情況變化。網(wǎng)室盆栽實(shí)驗(yàn)正交實(shí)驗(yàn)油濃度實(shí)驗(yàn)菌劑實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)

17、備固體菌劑從灌區(qū)土壤中篩選出優(yōu)勢(shì)的土著微生物,包括細(xì)菌,真菌,共17株菌種,選擇降解能力強(qiáng)的微生物,經(jīng)過(guò)三級(jí)培養(yǎng)制成固體菌劑。細(xì)菌菌劑:芽孢桿菌動(dòng)膠菌屬C 2C 4白色未鑒定數(shù)量:9.51×1014(個(gè)/g 真菌菌劑:小克銀漢棕曲霉毛霉B5B6B10山大提供的黃孢原毛平革菌數(shù)量:4.39×109(個(gè)/g 聯(lián)合修復(fù)方式目的:考察不同經(jīng)濟(jì)作物(黃豆、玉米、蓖麻、沙打旺的修復(fù)情況。處理方法:均投加有機(jī)顆粒復(fù)合肥1.43kg(0.167%+細(xì)菌菌劑0.72kg(0.08%+真菌菌劑0.72kg(0.08%測(cè)定方法:微生物數(shù)量采用平板計(jì)數(shù)法,有機(jī)物含量用重量法。植物菌劑聯(lián)合修復(fù)污染土壤中的微生物數(shù)量變化5010015020025030012345678樣號(hào)烴含量(