發布時間：2022-03-05所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要：隨著石油工業的發展，所帶來的石油環境污染也愈來愈嚴重，尤其是泄漏等生產事故帶來的土壤污染，給人們的生產生活帶來了嚴重不便。簡單的歸納總結了石油土壤污染的機理、污染對土壤環境帶來的影響，并指出了石油土壤污染的治理對策以及將來的土壤修復技術的發展
摘 要：隨著石油工業的發展，所帶來的石油環境污染也愈來愈嚴重，尤其是泄漏等生產事故帶來的土壤污染，給人們的生產生活帶來了嚴重不便。簡單的歸納總結了石油土壤污染的機理、污染對土壤環境帶來的影響，并指出了石油土壤污染的治理對策以及將來的土壤修復技術的發展進行了合理展望。
關 鍵 詞：土壤污染;物理修復;化學修復;生物修復
隨著現代社會經濟的高速發展，對能源的需求也越來越旺盛，尤其“十五”以來我國石油的消費量與日俱增，我國現對外石油依存度將近 60%[1] ，雖然我國海上進口石油將近 1/3，但是仍建有中亞油氣管道、中俄原油管道以及中緬油氣管道等陸上管道，且在國內還存有的大量油田的勘探開發和油品的儲存、運輸和煉制，這些建在陸上的油氣設施都存在或已然發生泄漏事故造成土壤石油污染的風險。如 2004 年 11 月 18 日，陜西延安發生一起特大石油泄漏污染事故，其輸油管道泄漏原油上千噸，上百畝農田被污染;中國產油地區的原油污染面積就有擴大的趨勢如遼河油田、勝利油田等老重污染區，土壤的原油含量已超過 1.0×104 mg/kg遠超過規定的安全值 500 mg/kg;此外國外俄羅斯的“友誼” 輸油管道在 2006 年 7 月部分破裂導致約 100 t的原油泄漏，約 10 km2 的土地受到影響。諸如此類的大小事故對人類和動植物賴以生存的自然環境帶來了不可估量的后果，事后對這些石油污染事故分析發現，造成這些事故的原因之一就是源于人們對石油污染對土壤的影響認識不夠[2]以及事后對石油污染的處理方式不恰當等等。因此有必要針對石油對土壤的污染進行整理和研究，以便能夠對其針對性地抑制和控制石油污染。
1 石油組成中污染物的來源及污染土壤的機理
石油是一種比較復雜的混合物，主要有烴類和非烴類兩部分組成，其中烴類占 95%~99.5%，而非烴類的主要為氧、氮、硫、氯、硅和磷等非金屬元素以及少量重金屬元素成分。我們日常所指的石油是原油以及其初加工產品(包括汽油、煤油、柴油、重油等)[3,4]。這些石油產品對人及動物的毒性較大，尤其是多環和三環為代表的芳烴，它們可通過呼吸、皮膚接觸以及飲食攝入方式進入人或動物體內，影響肝、腎等器官的正常功能，嚴重甚至會引起癌變。此外它還具有干擾和破壞生物的生活環境、影響生物的正常生理機能的作用，因此我們需要對其加強重視。
當石油進入土壤后，會嚴重影響土壤環境質量：(1)由于石油具有較高的黏度會比較容易吸附在土壤顆粒表面從而堵塞了土壤的微空隙，降低了土壤的通透性，進而改變土壤的物理化學性質;(2)石油會在植物的根系上覆蓋一層膜，影響植物根系的呼吸與吸收，從而導致植物根系的腐爛，進而造成植物的死亡，若是對于農田里的農作物則會導致農作物的減產，影響農民的收入。(3)一部分土壤中的石油成分會被植物根系吸收并沉積在植物體內，再經由食物鏈進入到動物和人體體內而影響到人的身體健康。近年來的研究表明，石油和其化工產品常以NAPL[5]的形式污染土壤、含水層和地下水。當 NAPL的密度大于水的密度時，污染物將穿過地表土壤及含水層到達隔水底板，當NAPL的密度小于水的密度時，污染物的垂向運移受阻主要在水的橫向擴展，其可溶性成分還會逐漸擴散至地下水中，從而成為一種永久性的污染源。因此，我們需要對未污染的土壤進行前期的預防，而對已污染的土壤進行經濟、有效的治理，使其盡快修復，為農業的可持續發展和保障人們的身體健康而做出貢獻。
2 石油污染對環境的影響
當石油泄漏進入土壤當中，石油污染物會沿著土壤中的空隙通道侵入到土壤中的各個角落。在土壤中蔓延的過程中，污染物會改變土壤的透水和透氣性，并且會改變土壤中有機質的比例。此外由于土壤中還有含水層和地下水部分以及空氣，所以其污染物也會影響到地表水體和空氣的安全。
2.1 可改變土壤的 pH 值
石油污染物是一種比較復雜的混合物，其中包含一些可溶性的鹽類。這些鹽類物質隨著污染物一起進入土壤并在土壤中進行累積和移動造成土壤的鹽堿化，這些累積的鹽類物質在土壤中水解而改變了土壤的酸堿平衡，經過賈建麗[6]等人對全國大部分主要油田的的分析發現，由于我國的大多數油田其地理位置、氣候和水質條件的綜合因素使得我國大部分油田地區的土壤酸堿性表現為弱堿性或堿性，并得出了一個油田區土壤pH值與可溶性鹽含量之間的關系如圖 1 所示。
本文來源于：《當代化工》立足遼寧，面向全國，走向世界，已成為國內外石油和化工行業強勢媒體。主要報道石油和化工的前沿科技論文，及時介紹石化行業新技術、新成果、新信息、新態勢。
從 1 圖中可以得知，油田區的土壤 pH 值與可溶性鹽含量之間有一定的相關性，發現當土壤中可溶性鹽含量低于 2%土壤的 pH 值隨可溶鹽含量的增加而增加，但是當可溶鹽含量高于 2%時剛好相反隨著鹽含量的增加而降低。隨著土壤中 pH 值的改變會影響土壤中的 N、P 等營養物質的遷移和存在形式，進而影響到植物和一些微生物等相關生物的生長。
2.2 可污染土壤中的水體
當土壤被泄漏的石油污染了，由于地下水和土壤相連通，因而，一旦土壤被污染其所包含的水體也受到污染。石油烴類進入水體，將改變水的物理、化學及生物特性，影響其原本具有的功能。首先，石油污染物中所包含的鹽類物質會水解而改變水的酸堿性，而其含有的油類則在水體中以浮油、溶解油、乳化油等形式存在，氧化 1 mg石油需消耗 3~4 mg氧氣，當水面的油膜厚度大于 1 μm時[7]，就能隔絕水體與空氣之間的交換，導致水中的溶解氧下降，致使水中的生物由于缺氧而死，導致水體惡化，使水體喪失了飲用及其他功能;其次，長期采用被石油污染的水體進行農作物的灌溉,會造成土壤的二次污染，同時也會對農作物產生毒害作用，如影響農作物的抗倒伏、抗病蟲害的能力，直接導致農作物的減產[8] 。
2.3 可污染空氣
同樣與土壤相連通的還有空氣，侵入到土壤中的石油污染物中也包含一些揮發性的有機物(主要是低沸點組分)，在一定的環境條件下，這些揮發性組分會揮發進入大氣而污染空氣。人和動物呼吸了被污染的空氣后會發生各種中毒癥狀，如苯的急性中毒就是從呼吸道開始的，在與濃度低于 44 mg/L 的環境中接觸時便可得白血病和破壞免疫系統。因此，如何處理被污染的土壤中的空氣也需得到人們的重視。
3 對石油污染后環境的修復
據統計[9]近年來，我國石油年產量接近 2 億噸，其新增土壤污染近 10 萬t,且重污染地區土壤污染則至少需 50 年才能恢復。土壤石油污染具有污染物種類比較多、潛伏期長、擴散面積廣、治理難度大和修復成本高的特點，另外還有如若不能控制則會進一步惡化的特點，因此需要在強化對污染的有效控制時，研究開發出理論和技術上比較可行的石油污染環境的現場修復方法。目前，國內外對土壤/地下水實際中運用的修復方法主要有物理法、化學法以及生物修復法，下面主要對這三種方法進行簡單的介紹。
3.1 物理修復處理法
物理法是指采用物理的手段對受污染的土壤進行治理修復的一種方法，主要包括：隔離法、焚燒法、換土法[10] 。
隔離法比較簡單是指運用黏土或者其他東西將其從周圍環境中隔離開來，如 2011 年發生在我國渤海的康菲海上石油鉆井平臺漏油事件中發生石油污染后,主要是應用圍油欄等把浮油阻隔包圍起來，防止其擴散和漂流，然后用各種機械設備盡量加以回收，其中所采用的方法就是隔離法。此方法的優點是修復成本較低，適用于滲透性較差的地帶，但其缺點比較明顯，它只是簡單地阻止了污染物的遷移并沒有徹底的解決污染物，因此該方法不能作為永久的修復方法。
焚燒法是利用石油類物質易燃燒或在高溫特性下易揮發的特點，使污染物脫離土壤而達到處理石油污染物的目的，但是該方法的操作需要一定的物理條件，因其對燃燒物有熱值和含水率的要求。該方法的優點是處理方法比較簡單，但是缺點比較明顯就是經過燃燒的土壤其有機質成分也會燃燒，會使土壤喪失繼續耕作農作物的能力;此外在燃燒石油污染物的過程中會產生有毒有害的氣體來二次污染環境。
3.2 化學修復處理法常用的化學處理法包括加藥[11] 、土壤洗滌法和萃取法。加藥法通過在污染的土壤范圍內鉆取一定的井口，然后向其注入一定量的化學氧化劑(常用的氧化劑有二氧化氯、過氧化氫、高錳酸鉀等)[12]或直接向污染的土壤直接噴灑，通過與其發生化學反應來達到凈化污染土壤的目的。該方法的優點是時間短、效率高且成本低，但是缺點是其注入的氧化劑由于具有很強的氧化性會破壞土壤中原本具有的有機質和生活微生物。
土壤洗滌法則是將活性劑與水配制成一定溶液來洗滌被污染的土壤，相關的研究證明[13] 石油污染物并不是附著于所有的土壤顆粒表面而是只附著在一些黏土和粉砂等土壤顆粒上，因此洗滌之前，需要將污染的土壤進行篩選分類。該方法的缺點是操作比較復雜，且只適用于多空隙和易滲透的土壤。
萃取法則是根據相似相溶的原理，用相應的有機溶劑對污染土壤中的有機污染物進行萃取然后分離回收。該方法的優點是能夠最大程度的實現資源的回收利用，但是缺點是工藝復雜、成本高且只適用于小面積的土壤污染。
3.3 生物修復處理法
生物技術處理土壤石油污染是一種比較新的土壤修復方法。該方法的原理是基于石油污染物也是一種有機物，而大部分的有機物是可以降解的，因此該方法就是利用微生物或者其他生物的吸收、轉化作用將污染物轉化成無害的CO2和H2O，這樣就將土壤的污染降低甚至去除了, 研究表明土壤中降解石油的微生物總量占細菌總數的 0.13%~0.5%，當存在石油污染的時候其數量會猛增至 10%以上。例如在俄羅斯Komi Republic地區，由于石油泄漏造成 2 000 m2 面積的土壤嚴重污染，當時采用一種名為 “Rhonder“的微生物制劑對污染地區的土壤進行微生物修復。經過 50 多天的修復，土壤中的石油含量從最開始的 0.458%~0.738%(w/w)下降到 0.224%~ 0.259%, 降解去除率達到了 20%~51%[14]。目前采用用最多的是微生物修復技術如細菌、真菌以及藻類等 200 多種均可采用[15] ，一般認為真菌分解原油比細菌容易，而細菌則強于藻類。如研究人員對荊門石 化 周邊污染的土壤采用棒狀桿菌 [16](Corynebacterium) 的CX -ADX-7 進行試驗，結果如圖 2 所示。在微生物修復的過程中，土壤污染的強度、土壤的性質以及環境條件(溫度、濕度、pH等)[17] 等都會因為影響到微生物和酶的活性，而影響到微生物對污染物的降解速率。根據處理土壤的方式，可分為原位修復和異位修復，在實際工程應用中，這兩種都應用。綜上比較，微生物處理技術操作比較簡單、費用低廉且場地適應性強，其次是成本低、無二次污染且處理效果比較好，具有顯著的社會效益和環境效益。
4 結 論
近年來，國民經濟的飛速發展也帶動了石油工業的發展。與此同時也帶來了對環境的污染，比如近年來屢見不鮮的石油泄漏事件等對土壤、水體和大氣的污染。鑒于我國所面臨的土壤石油污染的巨大壓力，有必要制定針對我國國情的相關的土壤修復計劃。目前，已知的處理土壤石油污染的方法有物理法、化學法以及生物修復技術法，但綜合各方面的因素，我國主要是采用生物修復技術，因為它具有低成本、無污染和效率高的特點。如在被稱為“綠色工程”的中緬管道，其沿線周圍在管線的鋪設工程中就已調研，采取種植相關植被，利用其與微生物互利共生的關系讓相關微生物在此生存來降解可能造成的漏油污染，實踐證明其效果還是不錯的。但是由于不同的微生物種類對不同的石油品類降解的效果不同[15]，因此，這就需要我們對可降解的微生物菌落進行分類調研研究，以便在采用微生物修復土壤石油污染的過程中，能夠做到高效、迅速。根據目前的調研，我國在這方面的知識儲備并不是很豐富，還有大量的工作需要做。此外，除了微生物修復的技術之外，還可以適當結合物理化學等修復方法，優勢互補，更好地發揮好各自的技術優勢來最優化地處理土壤石油污染的問題，提高其治理的經濟效益、社會效益和環境效益。——論文作者：余春浩
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