石油污染土壤修復(fù)技術(shù)研究

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[摘要]隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)不斷發(fā)展，當(dāng)前我國(guó)石油污染土壤問(wèn)題日益突出，已對(duì)生態(tài)環(huán)境及人類健康造成嚴(yán)重危害，本文對(duì)石油污染土壤修復(fù)的物理、化學(xué)、生物及聯(lián)合修復(fù)技術(shù)進(jìn)行了闡述并分析了適用性及優(yōu)缺點(diǎn)，提出了今后石油污染土壤修復(fù)技術(shù)研究和創(chuàng)新的方向?yàn)閺?qiáng)化生物修復(fù)技術(shù)，研發(fā)綠色環(huán)保生物表面活性劑及開(kāi)展新興修復(fù)材料技術(shù)研究。

[關(guān)鍵詞]石油；土壤；修復(fù)技術(shù)；污染

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，石油作為重要的能源物資已被廣泛的應(yīng)用在各行各業(yè)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)對(duì)石油的需求量日益增大，人們?cè)谑烷_(kāi)采，石油冶煉加工以及石油制品的運(yùn)輸和使用過(guò)程中會(huì)對(duì)周邊土壤造成一定的污染，從而給生態(tài)環(huán)境及人們健康帶來(lái)危害。全世界每年平均石油產(chǎn)量在40億噸左右，其中每生產(chǎn)1噸的石油就有約2kg的石油進(jìn)行土壤和水環(huán)境當(dāng)中，石油進(jìn)入土壤后能改變土壤的物理化學(xué)性質(zhì)，改變土壤微環(huán)境，影響土壤生態(tài)系統(tǒng)的平衡，改變土壤肥力。因此當(dāng)前需摸清我國(guó)石油污染土壤現(xiàn)狀，并根據(jù)實(shí)際情況采取有效措施，開(kāi)展治理工作是亟待需要解決的問(wèn)題[1]。

1石油污染產(chǎn)生的危害

石油是一種黑褐色易燃且具有揮發(fā)性的黏稠液體，其成份主要包括烴類和非烴類物質(zhì)，重稠油的組成更為復(fù)雜，其含碳量高，有機(jī)物質(zhì)多樣，其中對(duì)人體健康危害極大的苯系物多環(huán)芳烴類化合物是被公認(rèn)的具有致癌、致畸、致變等毒理效應(yīng)的物質(zhì)，其可導(dǎo)致急性中毒，引起白血病，這些物質(zhì)可通過(guò)不同地生產(chǎn)、運(yùn)輸及使用環(huán)節(jié)進(jìn)入到土壤中，影響土壤理化性質(zhì)，造成人體健危害。石油滲入土壤，會(huì)占據(jù)土壤通氣孔道，使土壤通透性變差，影響水分的流入，同時(shí)引起土壤結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，加速土壤板結(jié)，導(dǎo)致土壤持水和供水能力下足，同時(shí)可造成土壤有機(jī)營(yíng)養(yǎng)元素氮、磷含量下降，導(dǎo)致土壤營(yíng)養(yǎng)元素碳氮比例失衡，對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，破環(huán)土壤微生態(tài)環(huán)境；石油進(jìn)入土壤，會(huì)對(duì)植物的生長(zhǎng)造成嚴(yán)重的影響，會(huì)導(dǎo)致植物根無(wú)法吸收所需的營(yíng)養(yǎng)和水分，致使根部腐爛；石油類物質(zhì)還可以農(nóng)作物根部吸收和大量富集，并通過(guò)食物鏈的方式進(jìn)入人體造成人體健康危害[2-3]。

2石油污染土壤修復(fù)技術(shù)

當(dāng)前針對(duì)石油類污染土壤的修復(fù)方法主要采用的方法有物理修復(fù)技術(shù)，化學(xué)修復(fù)技術(shù)，生物修復(fù)技術(shù)以及聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，在實(shí)際進(jìn)行土壤污染修復(fù)的過(guò)程中，還需結(jié)合當(dāng)?shù)赝寥乐形廴疚锓N類及土壤理化性質(zhì)，合理土壤修復(fù)方法，以期達(dá)到預(yù)期效果。

2.1物理修復(fù)方法

物理方法主要包括置換法、焚燒法、熱脫附技術(shù)、氣相抽提法及電動(dòng)修復(fù)技術(shù)。

2.1.1石油污染土壤的土壤置換法土壤置換法，也稱為換土法，根據(jù)前期污染地塊調(diào)查，確定污染區(qū)域范圍，將受污染土體挖出，用新鮮土壤填入已挖空的區(qū)域，新鮮土壤填入后，能有效降低污染物濃度，提高污染土壤的自凈能力[4]，從而達(dá)到土壤修復(fù)的目的，此項(xiàng)技術(shù)的使用適用于石油污染嚴(yán)重，污染范圍較小的區(qū)域的土壤治理，同時(shí)對(duì)于挖出的污染土壤需經(jīng)過(guò)無(wú)害化處置。此技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：處理效果明顯，處理方法簡(jiǎn)單，能夠快速修復(fù)污染嚴(yán)重區(qū)域土壤。缺點(diǎn)：此方法修復(fù)成本較高，工程施工量大，對(duì)置換后土壤處置要求高，避免出現(xiàn)二次污染問(wèn)題。

2.1.2焚燒法焚燒法[5]，主要是通過(guò)對(duì)焚燒爐在高溫900~1200℃，可有效去除土壤中石油類，多環(huán)芳烴等污染物，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行修復(fù)時(shí)，主要包括：確定土壤污染區(qū)域，工程開(kāi)挖，和焚燒。采用焚燒法處理石油類，多環(huán)芳烴類污染物的土壤，效果明顯，去除率高達(dá)99%以上。但在焚燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的有毒有害氣體，需要構(gòu)建尾氣處理裝置，將污染氣體處理后達(dá)標(biāo)排放。此方法優(yōu)點(diǎn)：處理效率高，操做簡(jiǎn)單，處理時(shí)間短。缺點(diǎn)：處理成本高，需耗費(fèi)能源多；在處理過(guò)程中可產(chǎn)生有毒有害氣體，需防止二次污染；焚燒法處理過(guò)的土壤理化性質(zhì)已發(fā)生改變，土壤質(zhì)地結(jié)構(gòu)遭到破環(huán)，此時(shí)的土壤已無(wú)法進(jìn)行植被種植，在進(jìn)行使用時(shí)需進(jìn)行補(bǔ)充水分，增加有機(jī)質(zhì)、微生物等進(jìn)行改良。

2.1.3熱脫附技術(shù)熱脫附修復(fù)技術(shù)[6]，是將土壤放置在熱源進(jìn)行烘烤，使土壤中具有揮發(fā)性的污染物揮發(fā)出來(lái)，并通過(guò)氣體處理裝置將尾氣進(jìn)行無(wú)害化處理的過(guò)程。該項(xiàng)技術(shù)適用于揮發(fā)性或半揮發(fā)污染物的去除。熱脫附技術(shù)的處理設(shè)備有滾筒式、流化床等；加熱方式有燃料加熱、電加熱以及微波加熱。近幾年微波加熱處理技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展，其能有效提高污染物受熱變成氣體的效率，從而提升了修復(fù)質(zhì)量。熱脫附修復(fù)技術(shù)具有去除效率高，但其耗能高，尾氣需經(jīng)過(guò)無(wú)害化處置。

2.1.4氣相抽提法氣相抽提技術(shù)原理是將新鮮空氣或氧氣通過(guò)氣泵注入到受污染土體當(dāng)中，受污染具有揮發(fā)性石油類污染物，在空氣或氧氣的作用下從土粒上解吸，并揮發(fā)出來(lái)，由抽提泵抽氣將揮發(fā)性有機(jī)污染物由抽氣井抽出地面并收集處理的過(guò)程。劉沙沙[7]等運(yùn)用氣相抽提技術(shù)對(duì)某柴油污染場(chǎng)地進(jìn)了修復(fù)，經(jīng)過(guò)3個(gè)月，土壤中的總石油烴的去除率達(dá)到了65%左右。此技術(shù)適用性：適用于土壤質(zhì)地透氣性較好的砂質(zhì)土壤，污染物具有揮發(fā)性或半揮發(fā)性。優(yōu)點(diǎn)：處理效率高，操作簡(jiǎn)單，成本低。缺點(diǎn)：尾氣需進(jìn)行無(wú)害化處置，避免二次污染。

2.1.5電動(dòng)修復(fù)技術(shù)電動(dòng)修復(fù)技術(shù)原理主要是在土壤水分飽和的土壤中插入兩個(gè)電極，在電流的作用下，污染物根據(jù)自身所帶電荷向電極極移動(dòng)并析出，進(jìn)而去除污染物的過(guò)程。此項(xiàng)技術(shù)常常被用在重金屬污染場(chǎng)地，在石油污染場(chǎng)地應(yīng)用較少。電動(dòng)修復(fù)技術(shù)需要在土壤水分飽和的情況下進(jìn)行，在進(jìn)行電動(dòng)修復(fù)技術(shù)前需對(duì)土壤進(jìn)行飽和處理。電動(dòng)修復(fù)技術(shù)具有修復(fù)效率高，成本低，無(wú)二次污染等特點(diǎn)，對(duì)低滲透性土壤具有較好的修復(fù)效果[8]。

3化學(xué)修復(fù)技術(shù)

在石油污染土壤修復(fù)技術(shù)中化學(xué)修復(fù)技術(shù)是非常常用的方法。主要化學(xué)淋洗技術(shù)和催化氧化技術(shù)。

3.1化學(xué)淋洗技術(shù)

化學(xué)淋洗技術(shù)是當(dāng)前土壤污染修復(fù)中常用技術(shù)，是運(yùn)用水或有機(jī)溶劑液作用于土壤，使土壤中有機(jī)污染物發(fā)生溶解或遷移，并將淋洗廢液進(jìn)行無(wú)害化處理的過(guò)程[9]。目前使用比較多的淋洗劑主要有生物表面活性劑、環(huán)糊精及人工合成表面活性劑。目前也有部分學(xué)者對(duì)表面活性劑進(jìn)行了創(chuàng)新[10]，如出現(xiàn)了表面活性劑納米顆粒技術(shù)，Ali等[11]利用具有納米顆粒的表面活性劑與單獨(dú)使用表面活性劑對(duì)土壤污染物的去除效果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明，含納米顆粒表面活性劑效果更好?；瘜W(xué)淋洗技術(shù)具有耗能小、操作簡(jiǎn)單、成體低、修復(fù)效率高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也具有易產(chǎn)生二污染的缺點(diǎn)。

3.2催化氧化技術(shù)

目前化學(xué)催化氧化技術(shù)可以分為光催化氧化技術(shù)和金屬催化氧化技術(shù)。光催化氧化技術(shù)其主要原理是利用光照在氧氣充足的條件下進(jìn)行有機(jī)污染物的分解。目前常用的光氧化催化劑有氧化鋅、氧化鎢，硫化鋅等。Logeshwaran等[12]研究光催化氧化技術(shù)對(duì)石油污染土壤的修復(fù)技術(shù)，結(jié)果表明，污染土壤吸收光能后，多環(huán)芳烴達(dá)到激發(fā)態(tài)，可進(jìn)一步促進(jìn)光解，有利于污染物的降解去除。目前光催化氧化技術(shù)的使用較早并比較成熟，但該項(xiàng)技術(shù)在使用過(guò)程中易對(duì)土壤造成二污染，同時(shí)消耗成本高，在實(shí)際應(yīng)用比較少。另外，金屬催化氧化技術(shù)也得到了廣泛的應(yīng)用，XU等[13]應(yīng)用改性的芬頓試劑對(duì)總石油烴的降解效率進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：土壤中總石油烴的去除效率為75%左右。張曉峰等[14]通過(guò)應(yīng)用鈷銅雙金屬為催化劑，過(guò)硫酸鈉為氧化劑，對(duì)六氯聯(lián)苯的去除率達(dá)到了80%。金屬催化氧化技術(shù)的催化氧化的機(jī)理需展開(kāi)進(jìn)一步的研究，試驗(yàn)出最佳的工藝條件，并注意反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的二次污染問(wèn)題。

4生物修復(fù)技術(shù)

生物修復(fù)技術(shù)綜合運(yùn)用現(xiàn)代生物技術(shù)，通過(guò)聯(lián)合微生物、植物或動(dòng)物來(lái)促進(jìn)污染物的轉(zhuǎn)化吸收和降解，從而使污染物的濃度降低到人體健康可接受的水平。與物理，化學(xué)修復(fù)方法不同的是生物處理技術(shù)的最終產(chǎn)物是無(wú)害的穩(wěn)定的物質(zhì)，避免了污染物的多次轉(zhuǎn)移及二次污染過(guò)程[15-16]。此技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：可以將污染物完全從環(huán)境中去除，對(duì)周圍環(huán)境影響小，成本低，無(wú)二次污染，操作簡(jiǎn)單。該項(xiàng)技術(shù)缺點(diǎn)，修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)、見(jiàn)效慢、受污染物性質(zhì)、濃度及環(huán)境因子限制等。

4.1植物修復(fù)

是利用植物去除或提取土壤中污染物的過(guò)程。于一雷等[17]運(yùn)用堿蓬室外盆栽實(shí)驗(yàn)修復(fù)原油污染土壤，結(jié)果表明，在污染物低中高不同水平下，堿蓬對(duì)原油具有良好的降解效果。植物通過(guò)根據(jù)部的吸收將污染物進(jìn)行分解，轉(zhuǎn)化為無(wú)害化的物質(zhì)，植物修復(fù)的效率與機(jī)理取決于污染物的種類和性質(zhì)，以及生物可利用度。植物修復(fù)的技術(shù)關(guān)鍵在于篩選出具有強(qiáng)吸附能力的高效修復(fù)植物，同時(shí)充分利用植物與植物根部的微生物之間的協(xié)同關(guān)系，有研究表明[18]，紫花苜蓿，澳洲蘆葦能夠有效修復(fù)土壤中的瀝青，修復(fù)率達(dá)到82%。植物修復(fù)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：成本低、無(wú)二次污染，缺點(diǎn)：修復(fù)周期長(zhǎng)，受植物生長(zhǎng)氣溫、季節(jié)和土壤質(zhì)地等因素影響。

4.2微生物修復(fù)技術(shù)

是運(yùn)用土著微生物或外加微生物菌劑的降解和分解作用將有機(jī)污染物分解為無(wú)毒無(wú)害化的過(guò)程。針對(duì)石油污染土壤微生物降解石油的能力如下：飽和烴芳香烴膠質(zhì)和瀝青。石油污染物的濃度對(duì)微生物降解效率有顯著的影響，有研究表明[19]，少量烴類污染物可作為有機(jī)質(zhì)促進(jìn)微生物活性提高降解效率，當(dāng)烴類污染物濃度過(guò)高時(shí)會(huì)降低微生物的降解效率。陳凱麗等[20]運(yùn)用微生物修復(fù)法對(duì)某石油污染地塊進(jìn)行研究，結(jié)果表明，土壤中多酚氧化酶、過(guò)氧化氫酶、脫氫酶、脂肪酶對(duì)土壤中土壤中烷烴和多環(huán)芳烴得到了有效去除。李政等[21]對(duì)克拉瑪依石油污染區(qū)域采用固體微生物菌劑進(jìn)行修復(fù)，研究發(fā)現(xiàn)：由于克拉瑪依位于中國(guó)的西北地區(qū)氣候干旱，土壤含油量大，土壤貧瘠，不利于微生物的生長(zhǎng)，通過(guò)改良土壤質(zhì)地、補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)及添加固定化微生物菌劑以提高土壤中微生物的數(shù)量及活性，從而增強(qiáng)了修復(fù)效果。

5聯(lián)用技術(shù)

隨著石油產(chǎn)業(yè)鏈的迅速發(fā)展，大范圍、多區(qū)域的石油污染土壤問(wèn)題愈發(fā)嚴(yán)重。石油污染土壤的治理，需要結(jié)合土壤污染的實(shí)際情況進(jìn)行分析，以選擇最佳的解決方法。沒(méi)有哪一種治理技術(shù)能解決所有的土壤污染問(wèn)題，在當(dāng)前土壤污染的問(wèn)題解決更傾向于物理、化學(xué)、生物修復(fù)技術(shù)聯(lián)合使用，其中植物修復(fù)技術(shù)由于綠色環(huán)保，成本低，同時(shí)又具美化功能常常與其它技術(shù)聯(lián)用作為最終處理技術(shù)。Rocha等[22]將電動(dòng)修復(fù)技術(shù)與植物修復(fù)技術(shù)聯(lián)用，研究發(fā)現(xiàn)，電動(dòng)反極化促進(jìn)行了生物量的產(chǎn)生，提高了總石油烴的去除效率。Liu等[23]運(yùn)用熱解吸修復(fù)技術(shù)過(guò)程中加入氫氧化鈣以共同修復(fù)多氯聯(lián)苯污染土壤，結(jié)果表明，加入氫氧化鈣后明顯提高了土壤污染物去除效果。在實(shí)際應(yīng)用中，單一修復(fù)技術(shù)已不能滿足當(dāng)前的需求，各項(xiàng)技術(shù)聯(lián)用將成為石油污染土壤修復(fù)的主要技術(shù)思路。

6結(jié)語(yǔ)

石油工業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重破環(huán)，同時(shí)石油污染土壤的修復(fù)是一個(gè)長(zhǎng)期的，并涉及多種因素的過(guò)程。今后應(yīng)加強(qiáng)以下方面的研究與創(chuàng)新：(1)加強(qiáng)生物修復(fù)技術(shù)的研究，加強(qiáng)超累積植物的篩選以及培育、馴化具有良好降解效果的微生物菌群。(2)由于化學(xué)修復(fù)技術(shù)存在二次污染問(wèn)題，可進(jìn)一步研發(fā)綠色高效生物表面活性劑和催化劑，以提高環(huán)境效益。(3)開(kāi)展聯(lián)合修復(fù)技術(shù)探索修復(fù)技術(shù)新工藝，降低成本，避免二次污染。(4)開(kāi)展新興修復(fù)材料技術(shù)機(jī)理研究，同時(shí)對(duì)新材料產(chǎn)生的毒副作用加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)防范研究。

作者：陳敏 單位：廣東環(huán)境保護(hù)工程職業(yè)學(xué)院