石油污染土壤综合修复治理方法研究.pdf

石油污染土壤综合修复治理方法研究 周霞1刘云彪1李辉2 1． 湖北省地质环境总站， 武汉 430034; 2． 河北省环境地质勘查院， 石家庄 050011 摘要 通过对石油污染土壤情况调查发现， 石油污染土壤程度在平面上， 以油井为中心， 污染程度向四周减轻; 在纵深 上， 土壤表层污染较重， 往下随深度递增而呈减轻的趋势。因此， 基于土壤污染程度分布情况， 各区域的治理方法也不 同， 污染土壤严重区域 油井附近 采用土壤置换法， 轻微区域 外围 采用植物修复技术， 中等区域 介于前两者之间 采用微生物修复技术。为了提高综合修复质量， 在中等和轻微污染区域进行微生物 植物联合修复技术试验， 结合试 验效果， 合理利用该技术最终可达到治理目的。 关键词 石油污染土壤; 土壤置换法; 植物修复技术; 生物修复技术 DOI 10. 7617/j. issn. 1000 －8942. 2013. 04. 027 STUDY ON THE COMPREHENSIVE REPAIR TREATMENT S OF OIL- CONTAMINATED SOIL Zhou Xia1Liu Yunbiao1Li Hui 2 1． Hubei Province Geological Environment Terminus，Wuhan 430034， China; 2． Hebei Environmental Geology Exploration Institute，Shijiazhuang 050011， China AbstractIt was found by the survey of oil- contaminated soil that the contamination degree of the soil was the highest in the center the wellsand lower in farther places from the center;the soil surface was seriously polluted，and the pollution was decreasing with the depth increasing． Based on the distribution of the soil pollution degree，all regional treatment s are different，too． The soil replacement s are used for the area with seriously contaminated soil near the wells ，the phytoremediation technology is used for the area with minor pollution periphery ，the bioremediation technology is used for the moderately contaminated area between the two ers ． In order to improve comprehensive repair quality，microbe- plant combined remediation experiment was done in the minor pollution areas and the moderately contaminated area． Combining with test result and using the composite remedy technology rationally， the controlling aim would be achieved finally． Keywordsoil- contaminated soil;soil replacement ;phytoremediation technology;bioremediation technology 0引言 石油的勘探开发为国民经济水平不断提高提供 了动力， 但矿区内地质环境问题日益突出， 主要包括 1 原油改变了土壤有机质的组成和结构， 影响微生 物的生长繁殖; 2 石油类污染对农作物生长发育不 利; 3 石油中的芳香烃类物质对人及动物的毒性较 大， 尤其是以双环和三环为代表的多环芳烃毒性较 大。因此， 研究石油污染土壤修复治理方法具有重要 意义。 目前， 许多学者在石油污染土壤治理方面已进行 了一系列研究。在石油污染土壤修复治理方面进行 得比较早， 尤其是生物修复方面。Radwan［1 ］等从玉 米和西红柿土壤中分离出能选择性将石油作为唯一 碳源的菌种。Coatesj D［2 ］等研究表明某些石油污染 物在厌氧条件下更易降解， 但是厌氧条件对烃类生物 降解不利， 且降解种类少。 Sanjeet Misshra［3 ］等使用混 合降解菌添加营养物质后对石油污染土进行修复。 Reilley［4 ］等发现植物可以增加根区微生物密度， 提高 芳烃的降解率。Ryan［5 ］认为植物根区分泌物促进了 细菌的转化作用， 且根的生长和死亡都产生了有机 碳， 增加了微生物对污染物的矿化作用。Rhman［6 ］等 从原油污染的土壤中分离出的多种降解菌比单个菌 种的降解率高。Kucerova P［7 ］、 Spriggs T［8 ］等研究发 现一些农作物和木本植物可以修复或者加速石油组 501 环境工程 2013 年 8 月第 31 卷第 4 期 分的降解。 国内也进行了各方面的研究。詹研 ［9 ］、 秦岩［10 ］、 焦海华 ［11 ］等基于石油污染土壤的危害， 讨论了各种 修复技术及其发展， 并提出了相关建议。在生物修复 技术上， 许多研究者 ［12- 15 ］分析了生物修复技术的优 缺点， 阐述了生物修复技术的最新发展和未来的发展 趋势。李培军 ［16 ］等通过建立污染土壤预制床处理工 程， 对不同类型原油污染土壤分类， 分 2 个阶段进行 修复， 表明第 1 阶段的降解率大于第 2 阶段。齐永 强 ［17 ］等研究了石油不同组分在微生物降解过程中的 降解模式和降解速率。钟毅 ［18 ］等通过向原油污染土 壤中投加营养成分的试验， 研究微生物降解速率。李 政 ［19 ］等通过 SPSS 软件分析石油污染土壤微生物生 态环境构成要素间的典型相关性， 优化微生物代谢环 境， 提高石油污染土壤的生物修复效率。张秀霞 ［20 ］ 等研究了微生物修复土壤污染过程中各影响因素， 发 现各阶段因素的重要性发生变化， 且接种量是最重要 的影响因素。吴伟林 ［21 ］等采用原位强化生物修复技 术进行长期生物修复， 研究了处置后污染土壤理化性 质、 微生物学特性以及石油烃组成的纵向分布特征。 杨斌 ［22 ］等介绍了植物修复石油污染土壤的途径和影 响因素， 并认为植物、 微生物等多技术联用等修复措 施可提高烃的降解率。张云波 ［23 ］等研究了施用保水 剂、 表面活性剂和高效降解混合菌对芦苇修复石油污 染土壤的效率和影响。刘继朝 ［24 ］针对生物修复存在 的问题， 通过植物种子发芽、 株高和鲜重的影响， 筛选 出具有生物修复潜力的植物， 并通过植物生物的组 合， 研究环境因素对生物修复的影响。 但是， 从上面的研究中可以发现， 目前石油污染 土壤治理技术更多的是生物修复技术， 且治理技术较 为单一。本文以某油田为例， 研究石油污染土壤综合 治理技术， 空间上使用不同的修复技术， 为油田环境 治理提供参考。 1石油污染土壤的环境问题 通过对废弃油井和管道周围土壤调查分析表明， 在平面上一般以油井为中心在距其 20 m 范围内污染 最为严重， 20 ～40 m 内污染相对较轻， 再向外围污染 比较轻微; 在纵深上， 各废弃采油井场地在 0 ～20 cm 深度范围内污染最为严重; 其次为 20 ～40 cm 土壤污 染较重; 100 ～150 cm 土壤受污染程度轻微。这是由 于石油类在向土壤运移的过程中， 受土壤的自净及吸 附作用下， 含量随深度递增而呈减小的趋势。由此可 见， 石油类污染含量集中分布在 0 ～100 cm 深度内， 100 cm 以下土壤受污染较轻微。造成土壤污染程度 的空间分布原因主要有以下几个 1. 1油井开采污染 根据现场调查， 石油污染严重区域主要集中在油 井附近， 这是因为在早期的开采中， 由于当时环保意 识不强， 采油过程中的跑冒滴漏使废弃油井的场地范 围石油类污染相当严重， 地表土壤因石油类污染成黑 色 见图 1 ， 井场周围作物长势明显不如外围， 局部 地段甚至寸草不生。还有一些油井废弃之后， 由于封 闭不严， 也再次成为污染源。 图 1油井周围的石油污染土壤 Fig．1Oil- contaminated soil around the wells 1. 2突发事件污染 除采油过程中的污染外， 区内还发生了多起突发 性重大污染事件。该区在以往开采过程中， 遇到一些 超高压井喷情况以及废弃油井恢复生产造成原油大 量喷出， 都将四周农田土地染成黑色， 农作物大量死 亡。突发事件往往造成大面积的污染。 1. 3原油输送污染 原油输送时， 因管道渗漏、 管道破损等可能造成 周围土壤污染， 并受到降雨冲刷， 向周围扩散。降雨 往往可加快石油向四周和土壤深部的迁移。 2石油污染土壤综合修复治理 从整个污染区域看， 石油污染土壤特点是以油井 为中心， 向周围逐渐扩散减小; 且土壤上部污染严重， 下部逐渐减小。因此， 该油田石油污染土壤修复应采 用土壤置换法、 微生物法和植物法的综合修复治理。 2. 1土壤置换法 土壤置换法是将废弃油井进行拆除， 加固等， 对 油井周边受污染严重土壤挖除， 然后运到附近填埋 场， 再用区外未受污染的土壤进行回填， 挖除的深度 根据农作物根系可达到的深度计算。该方法的最大 特点是工艺相对简单、 处理时间短， 但对填埋场要求 601 环境工程 2013 年 8 月第 31 卷第 4 期 较高。 污染土壤填埋场渗漏污染对环境危害巨大， 为避 免引起二次污染， 填埋场须选择黏土层厚、 地下水位 较低、 隔污性能好、 离居民点较远、 规模适当的地方。 待填埋场开挖完毕后， 对其四周边坡整形， 并设置锚 固沟， 最后对整平后的场地铺设 HDPE 高密度聚乙烯 土工膜进行防渗处理。完成填埋封场后， 进行黏土覆 盖， 黏土厚度要大 见图 2 ， 最后在覆盖黏土上种植 林木， 美化环境。 图 2填埋场建设工程断面 Fig．2The cross- sectional view of the landfill construction project 2. 2生物修复技术 本油田采用微生物修复技术中的生物强化法进 行处理， 处理区域为污染场地中部污染中等的部位。 生物强化是基于改变生物降解中微生物的活性和强 度而设计的， 可分为培养土著菌的生物培养法和引进 外来菌的投菌法。处理期间， 土壤基本不被搅动， 施 工时在污染区挖一组井， 并直接注入适当的使用液， 这样就可以把微生物引入到土壤中。因为就地处理 对温度较敏感， 所以只能在当地气温大于 8℃的月份 进行。本区修复土壤的菌种种类多样， 如酵母属、 假 单胞菌属、 微球菌属、 黄单胞、 霉菌等， 这些菌种往往 混合培养， 并以循环方式处理石油污染土层。 2. 3植物修复技术 该修复技术主要用于油田污染场地外围相对轻 度污染的部位， 植物生物修复具有处理费用低、 收益 较高、 场地破坏轻等优点而受到普遍重视。植物修复 技术运用农业技术改善土壤对植物生长不利的化学 和物理方面的限制条件， 使之适于种植， 并通过种植 优选的植物及其根际微生物直接或间接地吸收、 挥 发、 分离或降解污染物， 恢复和重建自然生态环境和 植被景观， 使之不再威胁人类的健康和生存环境。植 物生物修复是利用植物体内对某些污染物的积累、 植 物代谢过程对某些污染物的转化和矿化， 植物根圈与 根茎的共生关系增加微生物活性的特点， 加速土壤中 污染物降解速度的过程。通过选择适当植物和调控 土壤条件等手段， 可以实现污染土壤的快速修复。 针对该油田的地理位置和后期土地规划要求， 且 根据目前国内对石油污染土壤植物修复技术的研究 成果， 在该油田栽种美化环境的草本花卉， 如紫茉莉、 凤仙花、 矮牵牛。这些花卉在整个生长阶段产生的根 系分泌物、 根圈微生物以及土壤酶等， 都有利于降解 土壤中石油烃类污染物。 2. 4微生物 植物联合修复技术 因土壤的不均一性和介质的多样性， 以及土壤污 染的随意性， 受污染土壤的修复具有挑战性和不确定 性， 其治理的难度也相应较大， 因此在某一区域使用 单一的修复技术通常不能保证达到治理目的， 要因地 制宜。因此， 拟通过水土污染调查、 试验与综合研究 等工作， 筛选微生物降解菌株、 高效复合修复菌剂， 选 择适应油田区生态环境条件的高效修复植物， 构建植 物 － 微生物联合修复技术。但该技术还需在本油田 进行多次试验方可确保达到治理目的。 3结论 通过对某矿区污染土壤的土壤置换法、 微生物修 复技术和植物修复技术的综合治理， 结合微生物 植 物联合修复技术试验， 能够达到治理目的， 改善该区 矿山地质环境。 1 通过调查发现， 石油污染土壤程度的空间分 布为 在平面上， 以油井为中心， 污染程度向四周减 小， 中心污染严重， 油井四周污染相对较轻; 在纵深 上， 土壤表层污染较重， 往下随深度递增而呈减小的 趋势。 2 根据污染程度的空间分布情况， 应采用不同 的治理修复方法。油井周围污染严重区域采用土壤 置换法， 污染中等区域采用微生物修复技术， 污染较 轻区域采用植物修复技术。 3 为了提升污染土壤修复质量， 该区域还将采 用微生物 植物联合修复技术， 提高对中等污染和轻 度污染区域的修复效果。 参考文献 ［1］Radwan S， Sorkhoh N， Ei- nemr I． Oil biodegradiation around roots ［J］． Nature London ， 1995， 376 302． ［2］Coatesj D，Woodward J．Anaerobic degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons andalkanes in petroleum- contaminated marine harbor sediments［J］ ． Appl Environ Microbiol，1997，63 3589- 3593． ［3］Sanjeet Misshra，Jeevan Jyot． In situ bioremendiation potential of an oilysludge- degradingbacterialconsortium ［J］ ．Current 701 环境工程 2013 年 8 月第 31 卷第 4 期 Microbiology， 2001， 43 5 329- 335． ［4］Reilly K，Banks M K，Schwab A P． Dissipation of polynuclear aromatic hydrocarbons in the rhizosphere［J］ ．Environ Qual， 1996， 25 212- 219． ［5］Ryan K M，Mary K F． Phenanthrene degrader community dynamic in rhizosphere soil from a common annual grass［J］． Environ Qual， 2000， 29 584- 592． ［6］Rahman K S M． Enhanced bioremediation of n- alkane in petroleum sludge using bacterial consrtium amended with rhamolipid and micronutrients［J］． Bioresource Technology， 2003， 90 159- 168． ［7］Kucerova P，Wiesche C I N， Wolterr M，et al． The ability of different plant species to remove polycyclic aromatic hydrocarbons andpolychlorinatedbiphenylsfromincubationmedia ［J］ ． Biotechnology Letters， 2001， 23 16 1355- 1359． ［8］Spriggs T， BankmsMK， SchwabP．Phytoremediationof polycyclic aromatichydrocarbonsinmanufacturedgasplant- impacted［J］． Journal of Environmental Quality， 2005， 34 1755- 1762． ［9］詹研． 中国土壤石油污染的危害及治理对策［J］ ． 环境污染与 防治， 2008， 30 3 91- 96． ［ 10］秦岩． 陇东油区土壤石油污染现状及修复技术初探［J］ ． 陇东 学院学报， 2010， 21 2 64- 66． ［ 11］焦海华，黄占斌，白志辉． 石油污染土壤修复技术研究进展 ［ J］． 农业环境与发展， 2012 2 48- 56． ［ 12］陆光华，万蕾，苏瑞莲． 石油烃类污染土壤的生物修复技术研 究进展［ J］． 生态环境， 2003， 12 2 220- 223． ［ 13］程国玲，李培军． 石油污染土壤的植物与微生物修复技术 ［ J］． 环境工程学报， 2007， 1 6 91- 96． ［ 14］高赞东． 东营市油气区水土污染修复治理试验研究［D］ ． 北 京中国地质大学， 2012． ［ 15］王翔，王世杰，张玉， 等． 生物堆修复石油污染土壤的研究进 展［ J］ ． 环境科学与技术， 2012， 35 6 94- 99． ［ 16］李培军，台培东，郭书海， 等． 辽河油田石油污染土壤的 2 阶 段生物修复［ J］ ． 环境科学， 2003， 24 3 74- 78． ［ 17］齐永强，王红旗 ，刘敬奇， 等． 土壤中石油污染物微生物降解 过程中各石油烃组分的演变规律［J］ ． 环境科学学报，2003， 23 6 834- 836． ［ 18］钟毅， 李广贺，张旭， 等． 污染土壤石油生物降解与调控效应研 究［ J］ ． 地学前缘， 2006， 13 1 128- 133． ［ 19］李政，梁昌峰，赵朝成， 等． 应用 SPSS 软件分析石油污染土壤 微生态环境［ J］ ． 石油学报 石油加工 ， 2012， 28 2 345- 351． ［ 20］张秀霞，刘永博，徐娜娜， 等． 固定化 MM- 7 修复石油污染土 壤影响因素重要性［ J］． 化工进展， 2012， 31 2 448- 452． ［ 21］吴伟林，张秀霞，赵朝成， 等． 生物强化处理石油污染土壤理 化性质和微生物学特性的纵向分布特征［J］． 环境工程学报， 2010， 4 10 2321- 2326． ［ 22］杨斌，侯新村，范希峰， 等． 石油污染土壤的植物修复研究进 展［ J］ ． 环境工程， 2012， 30 S1 406- 411． ［ 23］张云波， 吴文华， 赵东风， 等． 影响芦苇修复新疆石油污染土壤 的关键因素［ J］ ． 化学与生物工程， 2012， 29 3 75- 78． ［ 24］刘继朝． 中原油田石油污染土壤生物修复技术研究［D］． 北京 中国地质科学院， 2009． 作者通信处周霞湖北省地质环境总站 E- mail372675134 qq． com 2012 －12 －20 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 75 页 化剂 Catalyst TR 的高性能， 并最终确定了催化剂的 使用量后工业化生产的氧化时间可缩短为 4 h 即能 达到硫酸镁含量 20 以上; 氧利用率提高到 20 以 上; 综合考虑氧化时间和氧化系统运行成本后， 使用 含量 0. 001 mol/L 的催化剂 Catalyst TR 较经济合理; 并最终能够得到符合工业级合格标准 HG/T 2680 2009 的七水硫酸镁产品。 参考文献 ［1］William． Benefits of evaporating FGD purge water［J］ ． Electric Power March， 2008 15 ． ［2］柴明． 氧化镁湿法烟气脱硫回收工艺的技术经济可行性初步 分析［ J］． 环境污染治理技术与设备， 2006. 7 4 38- 40． ［3］汪黎东， 马永亮， 袁钢． 多相条件下亚硫酸镁非催化剂氧化反应 动力学及机理［J］． 中国科学， 2010， 40 8 1172- 1178． ［4］齐笑言， 宋宝华， 刘安安， 等． 提高镁法烟气脱硫副产物氧化速 率的实验研究［J］． 环境工程， 2011， 29 S1 409- 411． ［5］汪离东， 赵毅， 李蔷薇． 湿法脱硫中亚硫酸盐非催化氧化本征动 力学［ J］． 化学学报， 2007， 65 22 2618- 2622． 作者通信处宋宝华100085北京海淀区上地信息路上地三街 9 号嘉华大厦 E 座 6 层中节能六合天融环保科技有限公司 E- mailbaohua． song talroad． com． cn 2012 －10 －23 收稿 801 环境工程 2013 年 8 月第 31 卷第 4 期