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土壤原油污染處理研究進展

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隨著石油石化行業(yè)快速發(fā)展，原油儲存、運輸?shù)壬a(chǎn)過程及爆炸事故產(chǎn)生的土壤污染日益嚴重。近幾年來，以植物修復(fù)、微生物修復(fù)、植物—微生物聯(lián)合修復(fù)為代表的生物修復(fù)法，因其原油去除率高、綠色環(huán)保等優(yōu)勢正成為土壤石油污染修復(fù)的主流手段。突發(fā)性原油泄漏處理應(yīng)不同于長期漸進式泄漏污染，應(yīng)抓住修復(fù)的黃金時期，建議事故初期采用吸油氈、稻草簾盡快吸出表面溢油。

原油污染；修復(fù)；微生物；潛在生態(tài)危害指數(shù)法

隨著石油石化行業(yè)快速發(fā)展，由原油存儲、煉制、運輸過程泄漏甚至爆炸產(chǎn)生的土壤原油污染日益嚴重。目前，針對土壤原油污染修復(fù)的辦法，按處理位置分原位修復(fù)、異位修復(fù)及綜合修復(fù)；按具體操作分為物理修復(fù)、化學修復(fù)、生物修復(fù)及聯(lián)合修復(fù)。原位修復(fù)法是在污染源就地直接處理的方法，主要包括生物通氣、植物修復(fù)、植物—微生物聯(lián)合修復(fù)和原位淋洗等技術(shù)。該法工藝簡單、成本比較低，但受環(huán)境影響大、處理時間長、污染物易擴散，適合污染情況較為穩(wěn)定或者需要長期治理、不宜進行異位修復(fù)的污染區(qū)域。異位修復(fù)法是將污染土壤運送至專門場地進行處理的方法，主要包括土地耕作法、土壤堆肥、反應(yīng)器、預(yù)制床等。該法可防止污染物向地下水或更廣大地域擴散，修復(fù)效果好、時間短、易于控制，但工藝復(fù)雜、成本較高。

1 物化修復(fù)法

早期原油污染土壤多采用物化方法進行處理。包括熱處理、土地耕作法、土地堆肥法、蒸汽法、抽氣法、土壤淋洗技術(shù)等。

（1）熱處理即焚燒法雖然能將污染原油大部分清除，但產(chǎn)生巨大環(huán)境污染，并且對于大量泄漏原油此法代價昂貴，故難以實施。

（2）土壤淋洗技術(shù)是修復(fù)石油烴及鹵代芳烴等土壤污染的快速、高效方法。能去除大部分多環(huán)芳烴、重金屬、氰化物等污染物，既可原位修復(fù)又可異位修復(fù)，可作為其他修復(fù)技術(shù)的前期處理。不同淋洗劑適用不同類型的土壤污染，其中化學表面活性劑、生物表面活性劑對石油烴類的土壤污染修復(fù)效果明顯。盧媛等通過實驗研究指出，LAS與TX2100質(zhì)量比8∶2條件下的陰離子、非離子混合表面活性劑，石油烴去除率可達76.9%。Urum K等對七葉皂甙、卵磷脂、鼠李糖脂、皂甙、單寧等生物表面活性劑去除土壤原油的效果進行評估，結(jié)果顯示十二烷基硫酸鈉（SDS）對原油的去除率達80%，卵磷脂對原油的去除率達42%。然而，土壤淋洗法對滲透性差的污染土壤修復(fù)效果不佳，且高效淋洗劑的費用昂貴，修復(fù)的經(jīng)濟性難以保證。

（3）土耕法是將被原油污染的土壤挖出放置在處理墊上，定期耕作處理。該法能防止污染物轉(zhuǎn)移，使生物保持良好的通風條件，但有機物揮發(fā)必然造成空氣污染，難降解物的緩慢累積增加土壤的毒性。

（4）土壤堆肥法是將污染土壤添加糞便、營養(yǎng)物質(zhì)、微生物和稻草，進行堆肥處理。有關(guān)汽油污染土壤堆肥處理的研究表明，動物糞草中存在大量能降解石油烴的微生物，它既能提供無機、有機營養(yǎng)物質(zhì)，又能起到接種的作用。

2 生物修復(fù)法

近幾年來，以植物修復(fù)、微生物修復(fù)、植物—微生物聯(lián)合修復(fù)為代表的生物修復(fù)法，因其原油去除率高、綠色環(huán)保等優(yōu)勢正成為土壤石油污染修復(fù)的主流手段。

（1）修復(fù)機理。植物利用根系三方面的作用分解石油烴：直接吸收和降解、釋放分泌物和酶、增強根區(qū)強化作用。紫花苜蓿、披堿草、黑麥草、高羊茅等植物根系發(fā)達，其與土壤接觸面積大，通過根際作用能固定更多的污染物，并防止污染物向葉片擴散通過蒸騰作用向大氣二次擴散，對淺層土壤污染的修復(fù)效果較好。另外，已有有針對性的篩選和培育轉(zhuǎn)基因植物的研究，因轉(zhuǎn)基因植物能縮短污染降解周期和降低成本，但其安全性令人擔憂。微生物修復(fù)是利用微生物通過自身代謝來降解石油烴，降解石油烴的微生物大量存在于受石油污染的土壤中。其中，以細菌為代表的有無色桿菌屬、不動桿菌屬、芽孢桿菌屬、黃桿菌屬等，以放線菌為代表的有放線菌屬、諾卡氏菌屬，以真菌為代表的有金色擔子菌屬、假絲酵母屬等。宋華在闡述微生物降解石油烴的機理中指出，石油烴中的鏈烷烴、其中環(huán)烷烴和芳香烴，環(huán)烷烴降解難度最大。

（2）修復(fù)實驗及效果比較。受原油污染的土壤采用微生物修復(fù)法，可分為微生物的原位修復(fù)和異位修復(fù)。其中異位修復(fù)法包括生物堆積處理技術(shù)、土壤堆肥處理技術(shù)和生物反應(yīng)器處理技術(shù)。何良菊等指出，生物泥漿法是在土壤堆肥法的基礎(chǔ)上，增強營養(yǎng)物質(zhì)、電子受體及其他添加物效果；而生物反應(yīng)器，則是將污染土壤預(yù)處理篩去大塊部分后，分散在水中，運行在厭氧或好氧條件下。李培軍等研究了土壤堆肥法中微生物降解石油的效果。實驗將污染土壤樣本混合后，按比例加肥料、水和固體菌劑，充分攪拌均勻后，在預(yù)制床上堆成長8m、寬2m、高0.5m的條狀，堆料中間垂直插放通氣管，用于自然供氧和排氣。處理過程中調(diào)節(jié)pH和水分，分別控制在6%～8%和10%～25%，考察微生物的生態(tài)分布和活性，采集土壤樣品，分析原油總量、芳烴總量、烷烴總量和瀝青+膠質(zhì)總量。劉繼朝采用人工配制石油污染土壤盆栽的方法，比較向日葵、高丹草狗牙草、棉花等植物修復(fù)及植物與微生物組合的修復(fù)效果，實驗篩選出棉花加菌的植物—微生物修復(fù)效果最好，120天后原油降解率可達85.67%。?；燮嫉乳_展了植物—微生物聯(lián)合強化修復(fù)的田間試驗。試驗分為黃豆區(qū)、有機肥區(qū)、有機肥加蓬松劑鋸末區(qū)、空白對照區(qū)。各區(qū)添加馴化分離的高效降解菌株，并維持土壤含水量在約20%。采用稀釋平板法和重量法，定期采樣樣品中石油烴降解菌數(shù)及石油烴含量。結(jié)果表明，四個區(qū)平衡降解率為89.4%、72.5%、76.7%、49.2%，黃豆區(qū)最后石油烴殘留量463.6mg/kg，低于臨界殘量500mg/kg。黃豆植物根形成根瘤提供氮源，根系生長擴大為微生物提供營養(yǎng)，使菌數(shù)增加。鋸末增加土壤通透性。Chagas—Spinelli、Mori等實驗比較了土耕法、生物法和強化生物法降解熱帶黏土柴油污染中多環(huán)芳烴的效果。污染土壤樣本取自地表下15 cm處，土壤經(jīng)風干、2mm孔徑篩濾后，每5 kg放入6.8 cm×27.0 cm×42.5 cm規(guī)格的塑料托盤中，按60℃風干單位質(zhì)量土壤混入40 g柴油的比例進行摻混，室溫下放置1周。強化生物法除與生物法相同外，另按照每千克土壤加入87.5mL礦物溶液進行強化。礦物溶液按照1.00 g KH2PO4、1.00 g K2HPO4、1.00 g NH4NO3、0.20 gMgSO4.7H2O、0.05 g FeCl3、0.02 g CaCl2.2H2O和1.0 L去離子水進行配制。結(jié)果表明，增加土壤養(yǎng)分供給能顯著增加土壤中微生物數(shù)量，進而提高土壤降解能力，強化的生物法能初步去除70%～81%的原油碳氫物，而空白組在自然狀態(tài)下的去除率降至56%。Xu Y等也對比了植物修復(fù)、微生物修復(fù)、植物—微生物聯(lián)合修復(fù)的效果?？梢源_定，植物—微生物聯(lián)合修復(fù)的效果較其他生物修復(fù)法更優(yōu)。涉及微生物處理原油污染的過程中，都需要完成石油烴降解菌的分離和馴化，上述國內(nèi)外研究采用的分離和馴化方法類似。

3 生態(tài)危害潛在風險評價

原油土壤污染帶來的生態(tài)危害可通過潛在生態(tài)危害指數(shù)法進行評定。評價模型源于土壤重金屬污染評價。原油單組分污染系數(shù)為土壤中原油污染組分的實測濃度值；為土壤中原油污染組分的參考值）；土壤原油污染程度值原油單組分毒性響應(yīng)系數(shù)由原油組分對動植物、土壤及水源、生態(tài)環(huán)境等有害程度確定；原油單組分的潛在生態(tài)危害系數(shù)；原油潛在生態(tài)危害指數(shù)

4 結(jié)論與建議

（1）針對土壤原油污染的研究不多，特別是針對我國膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量較高的原油。植物、微生物降解作用對石油烴中多環(huán)芳香烴（PAHs）降解速率較高，多數(shù)實驗研究降解速率可達70%，但它們對高濃度原油、重污染地區(qū)的降解效果不佳，有待進一步研究。

（2）目前，評價石油污染土壤的修復(fù)效果以多環(huán)芳烴（PAHs）去除率為指標的居多，而石油中各組分對動植物以及水源等的影響程度不同、可降解程度不同，尤其是對于膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量多的原油，應(yīng)根據(jù)原油各組分的降解情況給出考慮上述因素的權(quán)重評價方法。

（3）突發(fā)性原油泄漏處理應(yīng)不同于長期漸進式泄漏污染，應(yīng)抓住修復(fù)的黃金時期，建議事故初期采用吸油氈、稻草簾盡快吸出表面溢油。綜合考慮污染修復(fù)的難易程度，采用先處理淺層2 cm左右污染土，防止擴散，后采用生物綜合治理的方法。針對突發(fā)性原油泄漏應(yīng)最大可能地降低原油有害組分擴散，降低修復(fù)周期。

（4）原油降解菌分離和馴化，多來自長期石油污染區(qū)，可以考慮培育高降解性、高安全性的基因工程降解菌，對重污染土壤進行異位修復(fù)。

（欄目主持 張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.1.025