石油污染土壤修復(fù)技術(shù)研究

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[摘要]隨著經(jīng)濟社會不斷發(fā)展，當(dāng)前我國石油污染土壤問題日益突出，已對生態(tài)環(huán)境及人類健康造成嚴重危害，本文對石油污染土壤修復(fù)的物理、化學(xué)、生物及聯(lián)合修復(fù)技術(shù)進行了闡述并分析了適用性及優(yōu)缺點，提出了今后石油污染土壤修復(fù)技術(shù)研究和創(chuàng)新的方向為強化生物修復(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)，國民經(jīng)濟對石油的需求量日益增大，人們在石油開采，石油冶煉加工以及石油制品的運輸和使用過程中會對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的石油進行土壤和水環(huán)境當(dāng)中，石油進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)前需摸清我國石油污染土壤現(xiàn)狀，并根據(jù)實際情況采取有效措施，開展治理工作是亟待需要解決的問題[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，有機物質(zhì)多樣，其中對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)可通過不同地生產(chǎn)、運輸及使用環(huán)節(jié)進入到土壤中，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，同時可造成土壤有機營養(yǎng)元素氮、磷含量下降，導(dǎo)致土壤營養(yǎng)元素碳氮比例失衡，對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，破環(huán)土壤微生態(tài)環(huán)境；石油進入土壤，會對植物的生長造成嚴重的影響，會導(dǎo)致植物根無法吸收所需的營養(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，并通過食物鏈的方式進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)，在實際進行土壤污染修復(fù)的過程中，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]，從而達到土壤修復(fù)的目的，此項技術(shù)的使用適用于石油污染嚴重，污染范圍較小的區(qū)域的土壤治理，同時對于挖出的污染土壤需經(jīng)過無害化處置。此技術(shù)優(yōu)點：處理效果明顯，處理方法簡單，能夠快速修復(fù)污染嚴重區(qū)域土壤。缺點：此方法修復(fù)成本較高，工程施工量大，對置換后土壤處置要求高，避免出現(xiàn)二次污染問題。

2.1.2焚燒法焚燒法[5]，主要是通過對焚燒爐在高溫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)場進行修復(fù)時，主要包括：確定土壤污染區(qū)域，工程開挖，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99%以上。但在焚燒過程中會產(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標排放。此方法優(yōu)點：處理效率高，操做簡單，處理時間短。缺點：處理成本高，需耗費能源多；在處理過程中可產(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)，此時的土壤已無法進行植被種植，在進行使用時需進行補充水分，增加有機質(zhì)、微生物等進行改良。

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行烘烤，使土壤中具有揮發(fā)性的污染物揮發(fā)出來，并通過氣體處理裝置將尾氣進行無害化處理的過程。該項技術(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)過無害化處置。

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，由抽提泵抽氣將揮發(fā)性有機污染物由抽氣井抽出地面并收集處理的過程。劉沙沙[7]等運用氣相抽提技術(shù)對某柴油污染場地進了修復(fù)，經(jīng)過3個月，土壤中的總石油烴的去除率達到了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：處理效率高，操作簡單，成本低。缺點：尾氣需進行無害化處置，避免二次污染。

2.1.5電動修復(fù)技術(shù)電動修復(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并析出，進而去除污染物的過程。此項技術(shù)常常被用在重金屬污染場地，在石油污染場地應(yīng)用較少。電動修復(fù)技術(shù)需要在土壤水分飽和的情況下進行，在進行電動修復(fù)技術(shù)前需對土壤進行飽和處理。電動修復(fù)技術(shù)具有修復(fù)效率高，成本低，無二次污染等特點，對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)，是運用水或有機溶劑液作用于土壤，使土壤中有機污染物發(fā)生溶解或遷移，并將淋洗廢液進行無害化處理的過程[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)者對表面活性劑進行了創(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使用表面活性劑對土壤污染物的去除效果進行對比，結(jié)果表明，含納米顆粒表面活性劑效果更好。化學(xué)淋洗技術(shù)具有耗能小、操作簡單、成體低、修復(fù)效率高等優(yōu)點，同時也具有易產(chǎn)生二污染的缺點。

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行有機污染物的分解。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)芳烴達到激發(fā)態(tài)，可進一步促進光解，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，但該項技術(shù)在使用過程中易對土壤造成二污染，同時消耗成本高，在實際應(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總石油烴的降解效率進行了研究，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]通過應(yīng)用鈷銅雙金屬為催化劑，過硫酸鈉為氧化劑，對六氯聯(lián)苯的去除率達到了80%。金屬催化氧化技術(shù)的催化氧化的機理需展開進一步的研究，試驗出最佳的工藝條件，并注意反應(yīng)過程產(chǎn)生的二次污染問題。

4生物修復(fù)技術(shù)

生物修復(fù)技術(shù)綜合運用現(xiàn)代生物技術(shù)，通過聯(lián)合微生物、植物或動物來促進污染物的轉(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)移及二次污染過程[15-16]。此技術(shù)優(yōu)點：可以將污染物完全從環(huán)境中去除，對周圍環(huán)境影響小，成本低，無二次污染，操作簡單。該項技術(shù)缺點，修復(fù)時間長、見效慢、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程。于一雷等[17]運用堿蓬室外盆栽實驗修復(fù)原油污染土壤，結(jié)果表明，在污染物低中高不同水平下，堿蓬對原油具有良好的降解效果。植物通過根據(jù)部的吸收將污染物進行分解，轉(zhuǎn)化為無害化的物質(zhì)，植物修復(fù)的效率與機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吸附能力的高效修復(fù)植物，同時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)率達到82%。植物修復(fù)技術(shù)優(yōu)點：成本低、無二次污染，缺點：修復(fù)周期長，受植物生長氣溫、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污染物分解為無毒無害化的過程。針對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質(zhì)促進微生物活性提高降解效率，當(dāng)烴類污染物濃度過高時會降低微生物的降解效率。陳凱麗等[20]運用微生物修復(fù)法對某石油污染地塊進行研究，結(jié)果表明，土壤中多酚氧化酶、過氧化氫酶、脫氫酶、脂肪酶對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]對克拉瑪依石油污染區(qū)域采用固體微生物菌劑進行修復(fù)，研究發(fā)現(xiàn)：由于克拉瑪依位于中國的西北地區(qū)氣候干旱，土壤含油量大，土壤貧瘠，不利于微生物的生長，通過改良土壤質(zhì)地、補充營養(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題愈發(fā)嚴重。石油污染土壤的治理，需要結(jié)合土壤污染的實際情況進行分析，以選擇最佳的解決方法。沒有哪一種治理技術(shù)能解決所有的土壤污染問題，在當(dāng)前土壤污染的問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)，電動反極化促進行了生物量的產(chǎn)生，提高了總石油烴的去除效率。Liu等[23]運用熱解吸修復(fù)技術(shù)過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

石油工業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈對生態(tài)環(huán)境造成了嚴重破環(huán)，同時石油污染土壤的修復(fù)是一個長期的，并涉及多種因素的過程。今后應(yīng)加強以下方面的研究與創(chuàng)新：(1)加強生物修復(fù)技術(shù)的研究，加強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)存在二次污染問題，可進一步研發(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)開展新興修復(fù)材料技術(shù)機理研究，同時對新材料產(chǎn)生的毒副作用加強風(fēng)險防范研究。

作者：陳敏 單位：廣東環(huán)境保護工程職業(yè)學(xué)院