石油污染地的土壤修复技术

石油污染地的土壤修复技术 环保所 杨国华 21214093 摘要：对石油污染土壤的各类修复技术进行了总结和归纳，并对各项技术的

优缺点加以比较，提出了一套石油污染地生态恢复的流程。关键词：石油污染地；土壤修复；生物修复；原位修复 石油是我们主要的能源产品，我们人类每天消耗的石油量是非常巨大的，在石油大量的开采储存运输使用的过程中，石油污染土壤的情况也越来越频繁 石油污染泛指由原油、石油初级加工品（汽油、煤油、柴油、重油、润滑油等）以及各类油的分解产物引起的污染。石油对土壤的污染主要集中于20cm 左右的表土层，主要表现为改变土壤结构， 影响土壤微生物群落的变化，妨碍土壤上栽种的作物生长甚至随食物链传递至高级生物体内，影响体内相关器官的正常功能，甚至引发癌变[1]。据统计， 我国石油企业每年可生产落地原油约70×1040t，其中有7×1040t 可能进入土壤环境[2]。石油污染的区域主要分布在油田周围、储油罐周围以及用含油水灌溉的农田等地区。由于油类物质可以在土壤中渗透，甚至到达含水层，因此还要考虑对石油污染地地下水中污染物的去除问题。 目前， 石油污染土壤的修复技术大致可以分为3 类，即物理方法、化学方法和生物方法。前两类方法通常被认为修复效果有限，费用高，且容易造成二次污染，而第3 类方法则不会产生类似的问题， 被认为有广阔的发展空间，是目前国内外研究的热点。 物理方法 热处理法 热处理法是将受污染的土壤加热，使得石油烃类物质受热分解或者挥发，从而达到净化土壤的目的。常用的加热方法主要有红外线、微波和射频、管道注入水蒸气等。该方法由于成本较高，因此，仅适用于小面积且污染情况比较严重的情况。 隔离法 隔离法是利用防渗材料，如水泥、粘土、石板、塑料板等，把污染土壤就地与未污染土壤或水体分开，以减少污染物的扩散作用。该方法主要用于污染严重，易扩散，且污染物在一段时间内可以分解的情况下。由于石油中的某些组分不易分解，因此，此法对于去除土壤中石油污染效果较差。 换土法 换土法主要分为翻土、换土和客土3 种方法，其主要思路都是利用新鲜的未受污染的土壤替换或者部分替换被污染的土壤，达到稀释污染物的目的，其去除污染物的机理主要利用了土壤的环境容量。其中翻土是利用深层未受污染的土壤来稀释，换土则是将受污染的土壤转移换成未受污染的土壤，客土则是在原土中直接加入未受污染的土壤，从而达到降低污染物浓度水平的目的。显然这种方法主要用于处理受污染面积较小的情况。 其它物理方法 除上述3 种方法外，常见的物理方法还有焚烧法、空气吹脱法等。物理方法去除石油污染的机理主要是污染物的转移，并没有从根本上解决污染问题， 因此这类方法不值得提倡。但对于一些突发紧急情况，仍有应用的必要。 化学方法 萃取法 萃取法是利用有机溶剂来萃取土壤中的石油类物质，然后对有机相内的物质进行分离，回收石油类物质，这种方法适合于面积小且石油污染浓度高的情况。由于有机溶剂的使用，使得修复的成本明显升高，且有机溶剂的回收率通常很低，因此制约着该方法的发展。有一种比较特殊的萃取法，又称为浮选法，它利用了油类物质憎水的特点，用水作为萃取剂来萃取土壤，使得土壤中的石油类物质与水分层，从而达到去除油类污染物的目的，这种方法对于粒径在75~8300μm 的土壤颗粒中的石油类物质去除率可达65%~80%。由于这种方法不需要额外的有机溶剂，因此被认为有广阔的发展空间。 土壤洗涤法 土壤洗涤法是利用表面活性剂和水混合而成的洗涤液，浸泡破碎的污染土壤，从而在水相中富集了含有污染物的表面活性剂，将经过洗涤后的土壤回填至原地。常用的表面活性剂为含有8~15 个碳的支链醇与2~8 个环氧乙烷单元的加成物。为了防止油和洗涤液形成乳化液，必须限制表面活性剂的量（体积分数）少于0.050%[5]。土壤洗涤法可以有效地去除土壤中的石油污染，但容易造成二次污染等问题。 化学氧化法 化学氧化法是利用化学物质的氧化性使得土壤中的石油烃组分得到去除，常用的氧化剂有二氧化氯、臭氧、过氧化氢、高锰酸钾等，其中认为二氧化氯造价低，且对石油烃类有较高的处理效率。化学氧化法去除土壤中的石油污染通常与去除地下水中的石油污染同时进行，可以与空气吹脱法结合进行。 其它方法 除上述3 种方法外， 光催化法、CSP 法也是目前经常使用的方法。光催化法的主要思路是寻找合适的催化剂，使得光对石油烃的分解速度加快；CSP 法则是利用含碳的物料，如煤、焦炭等，当作吸附物，结合浮选法等工艺，使得石油烃与土壤分开。 生物方法 由于生物方法主要依托生物对于污染物的富集、吸收以及降解能力，因此寻找合适的微生物和植物成为了生物方法研究的一个重要内容；另一方面的内容是研究如何在土壤中创造有利于生物生长的理化条件，即各种生物如何实现土壤修复的具体技术。 投加法 a）第1 种类型是为了改善微生物的生长环境。经过石油污染的土壤中往往存在着大量嗜油菌，在合适的条件下，这些微生物可以大量繁殖，从而去除土壤中的石油烃。通常投放的营养物质主要是N、P 等营养元素， 也有投加Ca、Mg 等元素的实例。需要指出的是，营养元素并非加得越多越好，需要满足一定的比例，如微生物生长所需的碳、氮、磷质量比大约为1200∶100∶1。土壤中的氧气水平直接影响微生物对于石油烃类的氧化速率，常用的供氧方式为通风、H2O2等。通风过程是对被污染的土壤进行真空或者加压曝气，使得土壤中的微生物活性提高；H2O2可以直接氧化一部分烃类污染物， 又可为微生物的氧化过程提供充足的电子受体,强化它们对烃类污染物的氧化降解作用， 但浓度过高时又会毒害微生物。 b）第2 种类型是为了促进微生物对于石油烃类的吸收，如投加表面活性剂、生物膨胀剂等。研究表明，表面活性剂可以促进微生物对于石油烃类的降解，其主要机理是表面活性剂可以增加微生物与石油烃的接触机会，从而提高微生物对石油烃的降解能力。例如从玫瑰红中制得的生物表面活性剂可以明显提高微生物对于石油烃的降解能力，与传统表面活性剂相比，可提高1.4~2.3 倍。目前在石油污染土壤中添加生物膨胀剂也是一个主要方法， 该方法主要利用各种植物的残体与土壤混合，可以使土壤中的微生物生长迅速。N.0Vasudevan 等人发现投加小麦糠的土壤油类去除率可达到76%，而投加营养盐的土壤油类去除率仅为66%。 c）第3 种类型是引入特异性微生物来降解、吸收石油烃。引用外来种来解决本地的污染问题一定要慎重，根据物种竞争理论，外来种的侵入往往具有使本地种灭亡的危险。因此只有当本地微生物种群已经完全消失或者对于本地区的污染物去除能力十分有限的前提下，再引入外来菌种进行污染物的降解和吸收。Andrew 等人总结了能够降解若干持久性有机污染物的菌种，这些持久性有机物质主要包括菲、蒽等多环芳烃组分，以及多氯联苯等。 上述几种投加法具有一个相同的特征，就是对于石油烃的去除过程是在原地完成的，因此，上述几项技术又被称作原位处理技术， 与之相对应的就是异位处理技术，即对土壤中的石油烃的去除过程在异地进行。 异位处理方法 a）预制床法： 将受污染的土壤平铺在不渗漏的平台上，向土壤中加入营养液和水，定期翻动充氧，将处理过程中产生的溶液回灌以去除污染物。该法实际与前面的投加法类似，只是避免了污染物的进一步向下迁移。 b）堆肥法：将受污染的土壤与其它物质，如树皮等，混合堆肥，在堆肥的过程中，污染物可以通过与其它物质的共代谢作用得到去除，难降解有机物/0易降解有机物(堆料比)在1∶30时可取得较好的降解效果。 c）生物反应器法： 该法是一种人工强化微生物降解的过程， 去除效果的好坏主要取决于反应器的构造和功能，泥浆反应器是应用比较广泛的一种。将受污染的土壤制成泥浆，并使其维持在适合生物降解的条件下，使得泥浆中的污染物质被清除。这种方法处理效果较好，且上一批处理的泥浆可用于接种下一批的泥浆，加快降解速率。 异位处理方法由于涉及到远距离的输送，成本相对提高；且由于场地和条件限制，不适合大批量的处理污染土壤。 植物修复技术 植物去除有机污染物的机理主要包含3 个方面，即植物对于有机物的直接吸收，植物的分泌物，如硝酸盐还原酶可以还原TNT 等成分，以及植物通过提高根系微生物的数量和活性去除有机污染物。其中，植物能够直接吸收的组分主要为二甲苯、含氯有机溶剂和短链脂肪族化合物。 思考与建议 生态恢复工程是一项复杂的系统工程，不可能单纯依靠技术解决，还应当有法律、政策等的配合，综合整个生态系统恢复过程，必须考虑以下6 点： a）寻找污染的原因，终止污染行为，这是一切修复措施得以成功实施的最基本前提。 b）在石油污染地的生态恢复过程中， 要始终把去除污染地的石油烃这一目标放在生态恢复的前面。只有石油污染水平下降了，生态环境才有可能恢复。 c）石油污染的去除技术中，物理、化学和生物方法并没有明确的界限，应当结合使用。 d）方法选择应以当地的污染状况、环境特点为基础。在高温、低温、高盐、高碱地区就无法使用常用的一些生物进行恢复，而需要引入特殊的生物来进行修复。因此充分调查当地的气候、生态等资料十分必要。 e）遵循生态学原理和生物学理论， 采取的措施要尽量符合自然规律，给自然带来的扰动最小；不提倡污染转移，要尽量避免二次污染。 f）生态恢复工程不可能立竿见影，需要有持续的反馈机制，当修复效果不佳的时候，要及时查找原因，随时调整修复方案。 根据上述6 条原则，提出以下石油污染地生态恢复流程：