石油污染土壤修复技术及其发展分析

石油污染土壤修复技术及其发展分析

孟程程

天津市联合环保工程设计有限公司 天津   300191

摘要：土壤修复现已逐渐成为环保领域新的热点。石油类污染物在土壤中迁移转化，使土壤的pH、有机质、含水率、生物群落结构等发生了改变。研究土壤理化性质、非生物因子和生物因子的动态关系是选择最佳修复技术的依据。介绍了目前主要的石油污染土壤修复技术及其优缺点和适用范围，提出理化-生物联用的原位修复技术是未来发展方向；石油污染物复杂多样，可通过构建复合高效菌群提高其生物修复效率。

关键词：石油污染；土壤；修复技术；发展

石油是由数百种化合物组成的复合体，是人类最主要的能源之一。石油对土壤的污染非常严重，主要是落地原油对土壤的污染，加油站设备腐蚀老化漏油污染和原油处理过程中产生的污水灌溉、油泥堆放对土壤的污染。污染物有原油和石油加工产品（如汽油、煤油、柴油、重油、润滑油等）及各油品的分解产物。石油污染现已逐渐成为世界性公害之一。近年来，石油污染土壤的修复技术研究已成为环保领域的研究热点，其中土壤生态系统的复杂性与地域差异，以及石油污染物的复杂性等因素，都是研究的重点和难点。

1石油污染对土壤生态的影响

我国作为石油生产和消费大国，几十年来，由于生产条件、环保技术等相对落后，石油污染问题非常突出。据统计，我国目前石油年产量已接近2亿吨，每年新增污染土壤10万吨，油田重污染区土壤石油污染至少需要50年才能恢复。污染场地经雨水冲刷后，污染扩散至地表水、深层土壤、地下水，更加难于控制和治理。土壤颗粒具有多孔隙结构，易于黏连吸附石油类污染物，污染物进入土壤后不易通过扩散而消散，而是在土壤内聚集累积，导致壤的理化性质和土壤生态环境改变。Yao等研究发现，石油烃分解时产生的羧酸类中间产物，会使pH值在一段时间内降低。刘五星等将污染土壤和洁净土壤的理化性质进行对比，结果表明污染土壤的有机质含量显著增加，而土壤中的全氮、全磷、全钾含量却没有明显变化。贾建丽等研究发现，土壤的含油率与含水率之间存在相互制约关系，石油的强疏油性导致土壤孔隙中石油饱和度升高时的含水率降低；石油污染土壤有机质含量与污染程度即含油率呈正相关，污染程度加重，有机质含量增加。

2石油污染土壤修复技术

2.1物理化学修复技术

焚烧和热解析等热处理法是利用石油类物质在高温条件下易燃或易挥发的特点，使污染物脱离土壤本体，达到修复土壤的目的。该方法对燃烧物的热值、含水率有一定要求，适用于石油污染严重的土壤修复；处理过程中产生有毒有害气体等二次污染，需进行收集再处理；处理成本高，为3000～8000元/m³，不适用于大面积污染土壤修复。

表面活性剂清洗法是将表面活性剂和水配制成一定质量浓度的表面活性剂溶液，用以洗涤经过破碎和筛分的污染土壤。表面活性剂的增溶作用使污染物从土壤结构上脱附转移到水相溶液中，再将污水抽提出来单独处理，使土壤得到净化。有研究证明，污染物易于吸附在黏土和粉砂等细小土壤颗粒上，此类颗粒通常只占土壤颗粒的很小一部分，因此清洗前通过筛分进行粒度分级，将不同粒径的土壤进行分类清洗，可以降低处理成本、提高清洗效率。该方法处理成本为500～2000元/m³，适用于多孔隙、易渗透土壤，不适用于黄壤、红壤等质地较细土壤。萃取分离法是根据相似相溶原理，用有机溶剂对污染土壤中的原油进行萃取，然后对有机相进行分离回收油品，实现废物的资源化利用。该方法工艺复杂，处理费用高，为5000～9000元/m³，适用于石油污染物浓度较高的小面积土壤。化学氧化法是向石油污染土壤中注入化学氧化剂，依靠其氧化作用分解破坏有机污染物的结构，从而去除污染物。常用的氧化剂有二氧化氯、过氧化氢、高锰酸盐、臭氧、Fenton试剂等。化学氧化反应迅速，常在瞬间完成，污染治理的周期很短，清除效率较高，处理成本为1000～4000元/m³，目前工程中运用较多的为原位化学氧化法，可同步去除土壤和地下水中的污染物。

2.2生物修复技术

生物修复是利用生物的生长代谢过程对有机污染物进行降解转化的方法，具有安全可靠、修复成本低的特点。石油污染场地土壤生物修复的基础研究始于20世纪70年代，工程实践始于20世纪80年代。在欧美等发达国家，目前已形成了比较完善的技术体系，包括关键工艺、修复制剂、配套设备等核心技术系统和指标评价、工程软件、风险评估等支撑技术系统。生物修复作为土壤污染治理技术发展过程中的一个里程碑，已得到世界各国环保部门的认可。

2.2.1微生物修复技术

作为石油污染土壤生物修复领域的研究热点和重点，微生物修复理论比较系统，技术比较成熟。一些先进的工艺、菌剂已陆续应用到工程实践中。石油污染土壤的微生物修复主要包括原位、异位两大技术类型。两者都是以石油烃为碳源，利用微生物的代谢过程，降解石油类污染物。但前者比较强调修复过程中的自然过程属性，注重各种生态因子的优化，而后者更强调修复过程中的工程设计，注重工艺参数的协同调控。

2.2.2植物修复技术

从20世纪80年代以来，植物修复技术已经成为石油污染土壤修复领域的研究热点，并开始进入产业化初期阶段。美国、意大利、荷兰和澳大利亚等发达国家已经研究、开发了一系列植物修复技术。到目前为止，国际上已报道能促进石油类污染物(包括多环芳烃)降解的植物有40多种，如杨树、柳树、松树、冰草、苜蓿和鹦鹉毛等。Liu等通过栽种不同的植物及施加氮磷肥料对经过含油污泥污染的面积达2400m²场地进行了植物修复研究。结果表明，高羊毛、苜蓿与大豆等3种植物能够显著促进油泥中油的降解。其中栽种大豆处理的修复效率最高，该处理中的含油量经过120d的修复后降低34.2％。

2.2.3植物一微生物联合修复技术

有研究表明植物根际微生物在数量和种类上都与根际以外的微生物不同。根际微生物数量常比根以外的微生物数量高几倍至几十倍，个别的细菌群可高达上千倍(平板计数)。植物根系对土壤微生物的促进作用，一方面是因为植物根系为微生物提供生存场所，并可转移氧气使根区的好氧作用正常进行。

3修复技术应用现状及发展趋势

石油污染土壤的物理化学和生物修复技术各有优点及局限性。目前国内已进行修复的石油类污染场地多是城市周边的工业污染场地，城市化进程的推进对修复周期、修复效率等关注较高，因而焚烧和热解析等异位物理化学技术成为主流修复技术；在油田区污染土壤的修复中，生物修复技术由于其成本低、二次污染少、适用于大面积污染等独特优势得到推广，逐渐从实验室研究走向工程应用。

综合考虑各类修复技术的优缺点，结合工程实际应用和市场需求，修复技术的发展趋势主要是：

（1）从异位修复向原位修复转变，减少运输成本及二次污染问题；

（2）物理化学-生物联合修复，对同一块场地不同污染程度的土壤进行分类处理，或者对不同技术进行联合采用；

（3）土壤污染与地下水污染的联合同步修复处理，污染物在两种介质中相互扩散，相互影响，联合同步处理能彻底消除污染，避免污染迁移和扩大。

参考文献

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