发布时间：2022-03-05所属分类：工程师职称论文浏览：1次
摘 要： 摘 要：随着石油工业的发展，所带来的石油环境污染也愈来愈严重，尤其是泄漏等生产事故带来的土壤污染，给人们的生产生活带来了严重不便。简单的归纳总结了石油土壤污染的机理、污染对土壤环境带来的影响，并指出了石油土壤污染的治理对策以及将来的土壤修复技术的发展
摘 要：随着石油工业的发展，所带来的石油环境污染也愈来愈严重，尤其是泄漏等生产事故带来的土壤污染，给人们的生产生活带来了严重不便。简单的归纳总结了石油土壤污染的机理、污染对土壤环境带来的影响，并指出了石油土壤污染的治理对策以及将来的土壤修复技术的发展进行了合理展望。
关 键 词：土壤污染;物理修复;化学修复;生物修复
随着现代社会经济的高速发展，对能源的需求也越来越旺盛，尤其“十五”以来我国石油的消费量与日俱增，我国现对外石油依存度将近 60%[1] ，虽然我国海上进口石油将近 1/3，但是仍建有中亚油气管道、中俄原油管道以及中缅油气管道等陆上管道，且在国内还存有的大量油田的勘探开发和油品的储存、运输和炼制，这些建在陆上的油气设施都存在或已然发生泄漏事故造成土壤石油污染的风险。如 2004 年 11 月 18 日，陕西延安发生一起特大石油泄漏污染事故，其输油管道泄漏原油上千吨，上百亩农田被污染;中国产油地区的原油污染面积就有扩大的趋势如辽河油田、胜利油田等老重污染区，土壤的原油含量已超过 1.0×104 mg/kg远超过规定的安全值 500 mg/kg;此外国外俄罗斯的“友谊” 输油管道在 2006 年 7 月部分破裂导致约 100 t的原油泄漏，约 10 km2 的土地受到影响。诸如此类的大小事故对人类和动植物赖以生存的自然环境带来了不可估量的后果，事后对这些石油污染事故分析发现，造成这些事故的原因之一就是源于人们对石油污染对土壤的影响认识不够[2]以及事后对石油污染的处理方式不恰当等等。因此有必要针对石油对土壤的污染进行整理和研究，以便能够对其针对性地抑制和控制石油污染。
1 石油组成中污染物的来源及污染土壤的机理
石油是一种比较复杂的混合物，主要有烃类和非烃类两部分组成，其中烃类占 95%~99.5%，而非烃类的主要为氧、氮、硫、氯、硅和磷等非金属元素以及少量重金属元素成分。我们日常所指的石油是原油以及其初加工产品(包括汽油、煤油、柴油、重油等)[3,4]。这些石油产品对人及动物的毒性较大，尤其是多环和三环为代表的芳烃，它们可通过呼吸、皮肤接触以及饮食摄入方式进入人或动物体内，影响肝、肾等器官的正常功能，严重甚至会引起癌变。此外它还具有干扰和破坏生物的生活环境、影响生物的正常生理机能的作用，因此我们需要对其加强重视。
当石油进入土壤后，会严重影响土壤环境质量：(1)由于石油具有较高的黏度会比较容易吸附在土壤颗粒表面从而堵塞了土壤的微空隙，降低了土壤的通透性，进而改变土壤的物理化学性质;(2)石油会在植物的根系上覆盖一层膜，影响植物根系的呼吸与吸收，从而导致植物根系的腐烂，进而造成植物的死亡，若是对于农田里的农作物则会导致农作物的减产，影响农民的收入。(3)一部分土壤中的石油成分会被植物根系吸收并沉积在植物体内，再经由食物链进入到动物和人体体内而影响到人的身体健康。近年来的研究表明，石油和其化工产品常以NAPL[5]的形式污染土壤、含水层和地下水。当 NAPL的密度大于水的密度时，污染物将穿过地表土壤及含水层到达隔水底板，当NAPL的密度小于水的密度时，污染物的垂向运移受阻主要在水的横向扩展，其可溶性成分还会逐渐扩散至地下水中，从而成为一种永久性的污染源。因此，我们需要对未污染的土壤进行前期的预防，而对已污染的土壤进行经济、有效的治理，使其尽快修复，为农业的可持续发展和保障人们的身体健康而做出贡献。
2 石油污染对环境的影响
当石油泄漏进入土壤当中，石油污染物会沿着土壤中的空隙通道侵入到土壤中的各个角落。在土壤中蔓延的过程中，污染物会改变土壤的透水和透气性，并且会改变土壤中有机质的比例。此外由于土壤中还有含水层和地下水部分以及空气，所以其污染物也会影响到地表水体和空气的安全。
2.1 可改变土壤的 pH 值
石油污染物是一种比较复杂的混合物，其中包含一些可溶性的盐类。这些盐类物质随着污染物一起进入土壤并在土壤中进行累积和移动造成土壤的盐碱化，这些累积的盐类物质在土壤中水解而改变了土壤的酸碱平衡，经过贾建丽[6]等人对全国大部分主要油田的的分析发现，由于我国的大多数油田其地理位置、气候和水质条件的综合因素使得我国大部分油田地区的土壤酸碱性表现为弱碱性或碱性，并得出了一个油田区土壤pH值与可溶性盐含量之间的关系如图 1 所示。
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从 1 图中可以得知，油田区的土壤 pH 值与可溶性盐含量之间有一定的相关性，发现当土壤中可溶性盐含量低于 2%土壤的 pH 值随可溶盐含量的增加而增加，但是当可溶盐含量高于 2%时刚好相反随着盐含量的增加而降低。随着土壤中 pH 值的改变会影响土壤中的 N、P 等营养物质的迁移和存在形式，进而影响到植物和一些微生物等相关生物的生长。
2.2 可污染土壤中的水体
当土壤被泄漏的石油污染了，由于地下水和土壤相连通，因而，一旦土壤被污染其所包含的水体也受到污染。石油烃类进入水体，将改变水的物理、化学及生物特性，影响其原本具有的功能。首先，石油污染物中所包含的盐类物质会水解而改变水的酸碱性，而其含有的油类则在水体中以浮油、溶解油、乳化油等形式存在，氧化 1 mg石油需消耗 3~4 mg氧气，当水面的油膜厚度大于 1 μm时[7]，就能隔绝水体与空气之间的交换，导致水中的溶解氧下降，致使水中的生物由于缺氧而死，导致水体恶化，使水体丧失了饮用及其他功能;其次，长期采用被石油污染的水体进行农作物的灌溉,会造成土壤的二次污染，同时也会对农作物产生毒害作用，如影响农作物的抗倒伏、抗病虫害的能力，直接导致农作物的减产[8] 。
2.3 可污染空气
同样与土壤相连通的还有空气，侵入到土壤中的石油污染物中也包含一些挥发性的有机物(主要是低沸点组分)，在一定的环境条件下，这些挥发性组分会挥发进入大气而污染空气。人和动物呼吸了被污染的空气后会发生各种中毒症状，如苯的急性中毒就是从呼吸道开始的，在与浓度低于 44 mg/L 的环境中接触时便可得白血病和破坏免疫系统。因此，如何处理被污染的土壤中的空气也需得到人们的重视。
3 对石油污染后环境的修复
据统计[9]近年来，我国石油年产量接近 2 亿吨，其新增土壤污染近 10 万t,且重污染地区土壤污染则至少需 50 年才能恢复。土壤石油污染具有污染物种类比较多、潜伏期长、扩散面积广、治理难度大和修复成本高的特点，另外还有如若不能控制则会进一步恶化的特点，因此需要在强化对污染的有效控制时，研究开发出理论和技术上比较可行的石油污染环境的现场修复方法。目前，国内外对土壤/地下水实际中运用的修复方法主要有物理法、化学法以及生物修复法，下面主要对这三种方法进行简单的介绍。
3.1 物理修复处理法
物理法是指采用物理的手段对受污染的土壤进行治理修复的一种方法，主要包括：隔离法、焚烧法、换土法[10] 。
隔离法比较简单是指运用黏土或者其他东西将其从周围环境中隔离开来，如 2011 年发生在我国渤海的康菲海上石油钻井平台漏油事件中发生石油污染后,主要是应用围油栏等把浮油阻隔包围起来，防止其扩散和漂流，然后用各种机械设备尽量加以回收，其中所采用的方法就是隔离法。此方法的优点是修复成本较低，适用于渗透性较差的地带，但其缺点比较明显，它只是简单地阻止了污染物的迁移并没有彻底的解决污染物，因此该方法不能作为永久的修复方法。
焚烧法是利用石油类物质易燃烧或在高温特性下易挥发的特点，使污染物脱离土壤而达到处理石油污染物的目的，但是该方法的操作需要一定的物理条件，因其对燃烧物有热值和含水率的要求。该方法的优点是处理方法比较简单，但是缺点比较明显就是经过燃烧的土壤其有机质成分也会燃烧，会使土壤丧失继续耕作农作物的能力;此外在燃烧石油污染物的过程中会产生有毒有害的气体来二次污染环境。
3.2 化学修复处理法常用的化学处理法包括加药[11] 、土壤洗涤法和萃取法。加药法通过在污染的土壤范围内钻取一定的井口，然后向其注入一定量的化学氧化剂(常用的氧化剂有二氧化氯、过氧化氢、高锰酸钾等)[12]或直接向污染的土壤直接喷洒，通过与其发生化学反应来达到净化污染土壤的目的。该方法的优点是时间短、效率高且成本低，但是缺点是其注入的氧化剂由于具有很强的氧化性会破坏土壤中原本具有的有机质和生活微生物。
土壤洗涤法则是将活性剂与水配制成一定溶液来洗涤被污染的土壤，相关的研究证明[13] 石油污染物并不是附着于所有的土壤颗粒表面而是只附着在一些黏土和粉砂等土壤颗粒上，因此洗涤之前，需要将污染的土壤进行筛选分类。该方法的缺点是操作比较复杂，且只适用于多空隙和易渗透的土壤。
萃取法则是根据相似相溶的原理，用相应的有机溶剂对污染土壤中的有机污染物进行萃取然后分离回收。该方法的优点是能够最大程度的实现资源的回收利用，但是缺点是工艺复杂、成本高且只适用于小面积的土壤污染。
3.3 生物修复处理法
生物技术处理土壤石油污染是一种比较新的土壤修复方法。该方法的原理是基于石油污染物也是一种有机物，而大部分的有机物是可以降解的，因此该方法就是利用微生物或者其他生物的吸收、转化作用将污染物转化成无害的CO2和H2O，这样就将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总量占细菌总数的 0.13%~0.5%，当存在石油污染的时候其数量会猛增至 10%以上。例如在俄罗斯Komi Republic地区，由于石油泄漏造成 2 000 m2 面积的土壤严重污染，当时采用一种名为 “Rhonder“的微生物制剂对污染地区的土壤进行微生物修复。经过 50 多天的修复，土壤中的石油含量从最开始的 0.458%~0.738%(w/w)下降到 0.224%~ 0.259%, 降解去除率达到了 20%~51%[14]。目前采用用最多的是微生物修复技术如细菌、真菌以及藻类等 200 多种均可采用[15] ，一般认为真菌分解原油比细菌容易，而细菌则强于藻类。如研究人员对荆门石 化 周边污染的土壤采用棒状杆菌 [16](Corynebacterium) 的CX -ADX-7 进行试验，结果如图 2 所示。在微生物修复的过程中，土壤污染的强度、土壤的性质以及环境条件(温度、湿度、pH等)[17] 等都会因为影响到微生物和酶的活性，而影响到微生物对污染物的降解速率。根据处理土壤的方式，可分为原位修复和异位修复，在实际工程应用中，这两种都应用。综上比较，微生物处理技术操作比较简单、费用低廉且场地适应性强，其次是成本低、无二次污染且处理效果比较好，具有显著的社会效益和环境效益。
4 结 论
近年来，国民经济的飞速发展也带动了石油工业的发展。与此同时也带来了对环境的污染，比如近年来屡见不鲜的石油泄漏事件等对土壤、水体和大气的污染。鉴于我国所面临的土壤石油污染的巨大压力，有必要制定针对我国国情的相关的土壤修复计划。目前，已知的处理土壤石油污染的方法有物理法、化学法以及生物修复技术法，但综合各方面的因素，我国主要是采用生物修复技术，因为它具有低成本、无污染和效率高的特点。如在被称为“绿色工程”的中缅管道，其沿线周围在管线的铺设工程中就已调研，采取种植相关植被，利用其与微生物互利共生的关系让相关微生物在此生存来降解可能造成的漏油污染，实践证明其效果还是不错的。但是由于不同的微生物种类对不同的石油品类降解的效果不同[15]，因此，这就需要我们对可降解的微生物菌落进行分类调研研究，以便在采用微生物修复土壤石油污染的过程中，能够做到高效、迅速。根据目前的调研，我国在这方面的知识储备并不是很丰富，还有大量的工作需要做。此外，除了微生物修复的技术之外，还可以适当结合物理化学等修复方法，优势互补，更好地发挥好各自的技术优势来最优化地处理土壤石油污染的问题，提高其治理的经济效益、社会效益和环境效益。——论文作者：余春浩
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