石油污染土壤修復(fù)技術(shù)

1、【前言】隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類對能源的需求也在不斷擴(kuò)大，石油是最重要的能源之一，被成為“工業(yè)的血液”。近些年來各國都加快了對油氣資源的開發(fā)利用，從沙漠到海洋、從無人區(qū)到人口稠密區(qū)，越來越多的油氣井出現(xiàn)在世界各地。隨之土壤污染問題日益突出，石油對土壤的污染危害大，潛伏期廠，涉及面廣，有研究者將其比喻為“化學(xué)定時炸彈”，已經(jīng)成為不容忽視的環(huán)境問題。石油主要是由烴類化合物組成的一種復(fù)雜化合物，其組成復(fù)雜，含有致畸、致 癌 、致突變的物質(zhì)(如鹵代烴、苯系物、苯胺類、菲 、苯并a芘等）。土壤作為人類、動植物和微生物賴以生存的重要環(huán)境基礎(chǔ)，是自然界物質(zhì)和能量參與轉(zhuǎn)化、遷移和積累等循環(huán)過程的重要場所，土壤安全

2、事關(guān)人類食品安全。石油一旦進(jìn)人土壤，將對人類健康和生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重危害。根據(jù)已公布的環(huán)境保護(hù)部和國土資源部發(fā)布的全國土壤污染狀況調(diào)查公告顯示，我國土壤總超標(biāo)率高達(dá)16.1%。其中，有機(jī)類污染物，尤其是石油污染物已成為導(dǎo)致土壤安全問題的重要因素之一。據(jù)報道在我國，勘探和開發(fā)的油氣田有4 0 0多個，覆蓋面積達(dá) 3. 2 X 105 km2，其中約4. 8 X 106 hm2 的土壤受到不同程度的污染。為我國部分油田周邊石油污染狀況，其周邊土壤中的總石油烴（ TPH ) 質(zhì)量分?jǐn)?shù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過臨界值500 mg/kg，對人居安全和生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的威脅。由此可見，石油污染土壤形勢嚴(yán)峻，修復(fù)工作迫在

3、眉睫。土壤石油污染：是指原油和石油產(chǎn)品在開采、運(yùn)輸、儲存以及使用過程中，進(jìn)入到土壤環(huán)境，其數(shù)量和速度超多土壤自凈作用的速度，打破了它在土壤環(huán)境中的自然動態(tài)平衡，使其累積過程占據(jù)優(yōu)勢，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，并通過食物鏈，最終影響到人類健康的現(xiàn)象。石油進(jìn)入土壤的途徑： 石油的泄露和溢油：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，原油會被直接或間接的傾瀉與這些設(shè)施附件的地面；產(chǎn)品的開采和運(yùn)輸業(yè)會使石油類物質(zhì)進(jìn)入土壤環(huán)境中；另外發(fā)生井噴或泄露，也會污染周圍土壤環(huán)境。 含油固、液體廢氣無的隨意處置：油氣的開采和運(yùn)輸過程會產(chǎn)生大量含油、天然氣的開采過程中會產(chǎn)生大量含油廢

4、水、有害的廢泥漿以及其他的一些污染物，如果處理不好就會污染周邊土壤、河流甚至地下水。 含油污水的灌溉和農(nóng)用藥劑的使用：一些工業(yè)企業(yè)產(chǎn)生的含油廢水如果不加以回收處理，直接排入河流、湖 泊或海灣,會污染水體,該水體用于農(nóng)業(yè)灌溉，則會導(dǎo)致土壤污染，另外某些農(nóng)用藥劑也會污染土壤。 汽車尾氣的排放：汽車尾氣排放導(dǎo)致交通干線兩側(cè)土壤的有機(jī)物污染，另外大氣沉降也會導(dǎo)致土壤污染。石油污染土壤修復(fù)技術(shù)石油污染土壤的物理修復(fù)方法：物理修復(fù)方法是利用物理原理和特定工程技術(shù)，將土壤中的污染物移除或者轉(zhuǎn)化為無害形態(tài)。其主 要包括土壤置換、氣相抽提、萃取洗脫、電動修復(fù)、熱脫附和生物炭吸附等。1.土壤置換法：是將污染土壤通

5、過機(jī)械手段從污染場地移除，并填充以新鮮土壤的修復(fù)技術(shù) 。土壤置換法較為單調(diào)，修復(fù)周期漫長，且修復(fù)過程需要投人大量人力、物力和財(cái)力。該技術(shù)一般只適用于污染核心區(qū)超高濃度污染土壤的處理或者緊急事件小面積污染場地的處理，如天津“8 12”事故中爆炸核心區(qū)的場地修復(fù)。2.氣相抽提法：是去除非飽和區(qū)土壤中揮發(fā)性有機(jī)物的有效手段，通過注人井向滲流區(qū)注人空氣，同時利用抽提井產(chǎn)生低壓環(huán)境，使得土壤中存在于油相、溶解相以及吸附相的有機(jī)污染物揮發(fā)到氣相中，并經(jīng)抽提井收集到地面尾氣處理裝置中進(jìn)行回收或處理。氣相抽提技術(shù)萃取洗脫技術(shù)3.電動修復(fù)法：是一種原位土壤修復(fù)技術(shù)。通過向污染土壤中置人電極，并通以低壓直流電形成

6、電場。在電勢梯度作用下產(chǎn)生的電動效應(yīng)(電滲析、電遷移和電泳)會驅(qū)動土壤中的流體介質(zhì)發(fā)生定向移動，從而使污染物伴隨主體流動從土壤中移除電動修復(fù)技術(shù)4.熱脫附法：是利用升高溫度來增加污染物在空氣中的分壓，從而達(dá)到將污染物分子從土壤顆粒上分離的目的。熱脫附技術(shù)主要應(yīng)用于高濃度揮發(fā)性或半揮發(fā)性有機(jī)物污染土壤的修復(fù)。有機(jī)污染物在土壤顆粒上的熱脫附包括3 個階段：污染物在土壤孔隙內(nèi)的汽化過程；污染物氣體分子在土壤顆粒內(nèi)部的內(nèi)擴(kuò)散過程；污染物分子從土壤表面向大氣環(huán)境的表面擴(kuò)散過程。.熱脫附技術(shù)5.生物炭(Biochar)吸附技術(shù)是利用具有豐富的空隙結(jié)構(gòu)、 較大的比表面積以及眾多表面活性基團(tuán)的活性炭對有機(jī)物具

7、有的較強(qiáng)的親和能力，去吸附土壤中的有機(jī)污染物。生物炭對有機(jī)污染土壤修復(fù)原理主要有以下幾個方面:生物炭表面活性基團(tuán)的吸附；生物炭內(nèi)部孔隙的固定。除了能夠吸附土壤中的污染物，生物炭還可以作為土壤改良劑，改善土壤肥力。石油污染土壤的化學(xué)修復(fù)法：化學(xué)修復(fù)方法是利用化學(xué)反應(yīng)原理和工程技術(shù)將土壤中的污染物分解成無毒小分子，從而達(dá)到土壤修復(fù)的 目的。其一般適用于高濃度污染場地的處理，主要的修復(fù)技術(shù)包括化學(xué)氧化、等離子體降解和光催化降解等；1. 化學(xué)氧化法：化學(xué)氧化修復(fù)技術(shù)是通過向污染土壤中加入化學(xué)氧化劑，利用氧化劑和污染物之間發(fā)生的化 學(xué)反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)土壤中污染物的降解2. 等離子體降解：等離子體是由大量離子、

8、電子、原子、分子以及未電離的中性粒子組成的宏觀上呈電中性的集合體。近幾年，等離子體作為一種新型技術(shù)被運(yùn)用到環(huán)境領(lǐng)域. 由于在電離產(chǎn)生等離子體過程中能夠產(chǎn)生大量活性物質(zhì)如O3、H20 2、自由基（0H)等，從而創(chuàng)造一種強(qiáng)氧化環(huán)境，將處于電離場中的有機(jī)物進(jìn)行氧化分解。3. 光催化降解：是當(dāng)半導(dǎo)體材料吸收的光能大于或等于半導(dǎo)體禁帶寬度時，電子由半導(dǎo)體的價帶躍遷到導(dǎo)帶上產(chǎn)生高活性電子e 。同時，在原來的價帶上形成1 個 空 穴h+ 。產(chǎn)生的空穴具有極強(qiáng)的氧化性(即獲取電子的能力），可以與水作用形成羥基自由基OH)，從而直接將有機(jī)物降解為小分子物質(zhì)。光催化降解石油污染污染的生物修復(fù)1微生物修復(fù)：微生物修

9、復(fù)方法是利用細(xì)菌和真菌等微生物的代謝過程和工程技術(shù)將土壤中的污染物分解，從達(dá)到土壤修復(fù)的目的。其一般適用于低濃度污染場地的處理，主要的修復(fù)技術(shù)包括生物刺激、生物強(qiáng)化和生物通風(fēng)。生物增強(qiáng)生物強(qiáng)化是在污染土壤中加人特定功能的外來微生物（如工程細(xì)菌和真菌）或馴化后的土著微生物來提高污染物降解速率的修復(fù)方法。簡而言之，就是將具有高效石油降解能力的菌株加人到石油污染土壤中，利用其直接降解作用或共代謝作用強(qiáng)化。石油類污染物的去除過程。高效降解菌的選擇是生 物強(qiáng)化的關(guān)鍵。生物刺激 生物刺激是在修復(fù)過程中，通過工程調(diào)控措施加人生物表面活性劑、釋氧劑、生物營養(yǎng)物以及其他物質(zhì)等來刺激土壤中土著微生物的生長并促進(jìn)土

10、著微生物對土壤中石油污染物的降解；生物通風(fēng)生物通風(fēng)是一種應(yīng)用前景較為廣闊的原位生物修復(fù)方法。其通過風(fēng)機(jī)和空氣注射井向污染土壤中注人適量的空氣來創(chuàng)造適合土著微生物生長的好氧環(huán)境，從而增強(qiáng)污染物的降解速率。2.植物修復(fù)法根際降解根際降解本質(zhì)是植物根部輔助微生物降解。植物根部及其周圍微生物的相互作用，能夠顯著降低石油類污染物的毒性和持久性。首先，植物的非根部分能夠?yàn)楦刻峁┍匾臓I養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)根的生長 ，并分泌有機(jī)物質(zhì)，增加石油污染物的生物可利用性；其次，植物根部能夠創(chuàng)造富含糖類、氨基酸、有機(jī)酸、維生素 、單寧、生物堿、固醇、生物酶、生長素等營養(yǎng)物質(zhì)的多元有機(jī)環(huán)境，從而增強(qiáng)周邊微生物群落的新陳代謝活

11、動; 最后，在根際微生物代謝作用下，將石油污染物降解為自身生長必須的碳源，同時減少石油污染物對植物的毒害作用。 植物固定：是指污染物在植物根表面的吸附或在植物根內(nèi)部的吸收沉積，從而有效阻止污染物通過腐蝕、滲漏以及擴(kuò)散等作用在土壤中遷移。植物根部細(xì)胞壁在相關(guān)酶和蛋白質(zhì)的作用下和污染物結(jié)合在一起，使其固定在細(xì)胞膜外面。另外，部分酶能夠促使某些污染物透過 根部細(xì)胞壁和細(xì)胞膜進(jìn)人細(xì)胞液泡中，從而起到固定作用。此外，在植物分泌的生物酶催化下，能增加石油污染物與土壤中有機(jī)物之間的相互作用，形成無害的腐殖質(zhì)，顯著提高了石油污染物的生物可利用性。植物降解：是指污染物被植物根部吸收后，在植物組織輸運(yùn)作用下，參與植物體內(nèi)新陳代謝過程從而實(shí)現(xiàn)降解。已有研究結(jié)果驗(yàn)證了植物對有機(jī)物的直接降解作用。此外，在植物分泌的生物酶催化作用下，石油類污染物可在植物體外部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也可實(shí)現(xiàn)間接降解。植物揮發(fā)：是指污染物被吸收后，污染物中的易揮發(fā)組分和某些代謝物通過植物莖葉的蒸騰作用釋放到大氣環(huán)境中，從而有效地將污染物從土壤中移除。植物固定動物修復(fù)法：主要是利用土壤動物在土壤生態(tài)系統(tǒng)中分解有機(jī)質(zhì)、改變土壤理化性質(zhì)、保持土壤持水性