一、石油污染概況
作為世界十大產(chǎn)油國(guó)之一，我國(guó)勘探開(kāi)發(fā)的油氣田和油氣藏已有400多個(gè)，分布在全國(guó)25個(gè)省、市、自治區(qū)，油田區(qū)工作范圍近20萬(wàn)km2。據(jù)估算，截止2011年，我國(guó)石油企業(yè)每年產(chǎn)生落地油約700萬(wàn)t。石油對(duì)土壤的污染主要是在石油勘探、開(kāi)采、運(yùn)輸以及儲(chǔ)存過(guò)程中引起的,油田周?chē)竺娣e的土壤一般都易受到嚴(yán)重的污染。中科院南京土壤所劉五星等通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查我國(guó)幾個(gè)主要油田發(fā)現(xiàn),部分油田區(qū)土壤受石油污染相當(dāng)嚴(yán)重,其中在油井周?chē)?00m范圍內(nèi)所采集的絕大多數(shù)土樣中油含量遠(yuǎn)高于臨界值。據(jù)測(cè)算，每口井的落地原油輻射半徑為20m～40m,并且會(huì)因雨水沖刷而導(dǎo)致污染面積不斷擴(kuò)大。受石油污染的土壤中油類(lèi)物質(zhì)主要集中于0cm～40cm土層中,含油率隨深度的增加呈減少趨勢(shì)。石油污染場(chǎng)地嚴(yán)重影響了我國(guó)油田區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn),成為當(dāng)?shù)厣鐣?huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的主要制約因素。
油田集水坑收集的高濃度含油土壤
井噴造成的土壤污染
二、石油污染途徑及危害
土壤的石油污染既有生產(chǎn)過(guò)程的污染物直接排放，也有污染物的間接遷移。石油類(lèi)物質(zhì)進(jìn)入土壤,可引起土壤理化性質(zhì)的變化，如堵塞土壤孔隙,改變土壤有機(jī)質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)，引起土壤有機(jī)質(zhì)的碳氮比(C/N)和碳磷比(C/P)的變化;引起土壤微生物群落、微生物區(qū)系的變化。土壤的石油污染直接導(dǎo)致糧食的減產(chǎn),食用生長(zhǎng)于石油污染土地上的植物及其產(chǎn)品會(huì)對(duì)人類(lèi)的健康產(chǎn)生影響。石油類(lèi)在作物體及果實(shí)部分主要?dú)埩舳竞Τ煞质嵌喹h(huán)芳烴類(lèi)。芳香烴類(lèi)物質(zhì)對(duì)人及動(dòng)物的毒性極大,尤其是雙環(huán)和三環(huán)為代表的多環(huán)芳烴毒性更大。多環(huán)芳烴類(lèi)物質(zhì)可通過(guò)呼吸、皮膚接觸、飲食攝入等方式進(jìn)入人和動(dòng)物體內(nèi),影響其肝、腎等器官的正常功能,甚至引起癌變。石油類(lèi)物質(zhì)還通過(guò)地下水的污染以及污染的轉(zhuǎn)移構(gòu)成對(duì)人類(lèi)生存環(huán)境多個(gè)層面上的不良脅迫。
石油污染進(jìn)入土壤的途徑
三、主要石油污染土壤修復(fù)技術(shù)
上世紀(jì)70-80年代，美國(guó)、英國(guó)、加拿大等國(guó)家在凈化石油污染土壤技術(shù)方面取得了很多基礎(chǔ)研究成果和應(yīng)用案例。我國(guó)石油污染土壤修復(fù)技術(shù)起步略晚，本世紀(jì)初開(kāi)始中科院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所的郭書(shū)海研究員團(tuán)隊(duì)在低濃度有機(jī)烴污染物的生物降解、中濃度有毒有機(jī)污染土壤的電動(dòng)-生物強(qiáng)化、高濃度石油組分中溫減壓的熱解析等方面進(jìn)行了大量原創(chuàng)性研究。
由于石油的流動(dòng)性大、滲透性強(qiáng)、對(duì)土壤黏附作用顯著等特點(diǎn)，石油污染土壤具有體系復(fù)雜、范圍廣、治理難、周期長(zhǎng)、危害大等特點(diǎn)。目前根據(jù)修復(fù)原理,石油污染的修復(fù)技術(shù)目前主要有物理、化學(xué)、生物三種修復(fù)技術(shù)。根據(jù)污染物的濃度，可以初步確定采用相應(yīng)的處理技術(shù)。
石油污染土壤修復(fù)技術(shù)方案
1、物理修復(fù)技術(shù)
物理修復(fù)是指以物理手段為主的客土法、焚燒法、物理分離法、溶液淋洗法、固化穩(wěn)定法、熱脫附法及電動(dòng)力法等污染治理技術(shù)。其中前幾種方法是早期的石油污染土壤治理技術(shù),雖然可以取得一定的修復(fù)效果,但投資巨大,污染物消除不徹底,潛在危險(xiǎn)性較大,已逐漸被淘汰。取而代之的是熱脫附法、電動(dòng)修復(fù)等一批技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行的新工藝。
2、化學(xué)修復(fù)技術(shù)
化學(xué)修復(fù)主要包括溶液淋洗萃取法、光催化氧化法和化學(xué)氧化法等。相對(duì)于其他污染土壤修復(fù)技術(shù),化學(xué)修復(fù)技術(shù)發(fā)展較早,也相對(duì)成熟。但其修復(fù)過(guò)程可能?chē)?yán)重影響土壤的物理結(jié)構(gòu)和生物學(xué)活性,技術(shù)成本較高,容易產(chǎn)生二次污染。到目前為止,化學(xué)修復(fù)技術(shù)只適宜在特定的情況下使用。
3、生物修復(fù)技術(shù)
生物修復(fù)是利用生物的生長(zhǎng)代謝過(guò)程對(duì)有機(jī)污染物進(jìn)行降解轉(zhuǎn)化的方法,具有安全可靠、修復(fù)成本低的特點(diǎn)。石油污染場(chǎng)地土壤生物修復(fù)的基礎(chǔ)研究始于20世紀(jì)70年代,工程實(shí)踐始于20世紀(jì)80年代。在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家,目前已形成了比較完善的技術(shù)體系,包括關(guān)鍵工藝、修復(fù)制劑、配套設(shè)備等核心技術(shù)系統(tǒng)和指標(biāo)評(píng)價(jià)、工程軟件、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等支撐技術(shù)系統(tǒng)。生物修復(fù)作為土壤污染治理技術(shù)發(fā)展過(guò)程中的一個(gè)里程碑,已得到世界各國(guó)環(huán)保部門(mén)的認(rèn)可。
國(guó)內(nèi)外基礎(chǔ)研究和場(chǎng)地實(shí)踐的結(jié)果表明：土壤生物修復(fù)效果受污染物性質(zhì)、土壤介質(zhì)中微生物的種類(lèi)及數(shù)量、土壤的理化性質(zhì)及水力學(xué)性質(zhì)、土層中的含氧量、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、濕度、pH值、溫度等環(huán)境條件的影響和制約，是一個(gè)復(fù)雜過(guò)程。生物強(qiáng)化修復(fù)場(chǎng)地試驗(yàn)必須解決三個(gè)難點(diǎn)：第一由于有機(jī)污染物組成復(fù)雜且對(duì)微生物有毒害作用，微生物難以在受石油污染的土壤中生存、生長(zhǎng)及繁殖；其二是土壤對(duì)微生物的吸附作用及石油烴的疏水性強(qiáng)和在土壤中的“老化”使得它們的生物可利用度很低；第三是利用分子生物學(xué)分析技術(shù)監(jiān)測(cè)與評(píng)估土壤微生態(tài)。由于石油污染土壤的特殊性及其對(duì)土壤結(jié)構(gòu)和生態(tài)的嚴(yán)重破壞，使分析污染土壤的微生態(tài)非常困難，如石油烴和鹽污染物對(duì)于土壤DNA分析的干擾等。因此在修復(fù)過(guò)程中需要通過(guò)利用分子生態(tài)學(xué)技術(shù)來(lái)得到更為全面和可靠的土壤微生態(tài)的信息，揭示土壤微生物多樣性與石油烴降解能力之間的內(nèi)在聯(lián)系，進(jìn)而指導(dǎo)土壤微生物生態(tài)的構(gòu)建和生物修復(fù)過(guò)程的強(qiáng)化。南開(kāi)大學(xué)的唐景春使用分子生態(tài)學(xué)技術(shù)，將從大港油田區(qū)石油污染鹽堿化土壤和油泥中篩選得到的10株耐鹽堿石油烴降解菌,通過(guò)形態(tài)特征、生理生化特征和16SrRNA序列分析確定這些菌株為蒼白桿菌屬、葡萄球菌屬、迪茨菌屬、棒狀桿菌屬、無(wú)色桿菌屬、微桿菌屬、芽孢桿菌屬，并在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，在大港油田區(qū)建立了石油污染鹽堿土壤生態(tài)恢復(fù)技術(shù)與示范工程。
石油廢棄物生物堆制工藝（包括噴淋與循環(huán)系統(tǒng)、廢氣處理系統(tǒng)等）
4、聯(lián)合聯(lián)合技術(shù)
石油是烷烴、芳烴、環(huán)烷烴及含氮、硫、氧等非烴類(lèi)組分的混合物,其中多環(huán)、雜環(huán)芳烴以及膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等組分生物降解性較差。石油及次生代謝產(chǎn)的組成特征決定了修復(fù)的難度和復(fù)雜性。因此,單一聯(lián)合技術(shù)不能很好的解決污染問(wèn)題時(shí)，需要考慮聯(lián)合使用各種處理技術(shù)。
四、存在問(wèn)題及未來(lái)展望
石油類(lèi)污染土壤的修復(fù)是世界性難題，主要難點(diǎn)在于：1、土壤系統(tǒng)作為石油類(lèi)污染物的最終承納體，系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)分布不均勻，可控性差；2、石油類(lèi)產(chǎn)品成分復(fù)雜，不利于單一菌種的生物修復(fù)；3、石油產(chǎn)品的生物降解性隨其組分的種類(lèi)和大小的不同而改變；4、重質(zhì)含量較高，生物修復(fù)速度慢，修復(fù)后毒性較強(qiáng)；5、污染物在系統(tǒng)局部形成動(dòng)態(tài)相平衡及化學(xué)平衡；6、有毒有害污染物改變了土壤—生物系統(tǒng)的正常生命行為；7、石油類(lèi)污染物的疏水性降低了生物反應(yīng)活性；8、影響土壤微生物修復(fù)的因子較多，研究較困難。
目前石油類(lèi)污染修復(fù)的研究方向及熱點(diǎn)有：1、石油類(lèi)污染物在環(huán)境中的集散狀況及賦存狀態(tài)研究；2、利用傳統(tǒng)的生物學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代分子生物學(xué)檢測(cè)技術(shù)，選育高效降解石油污染物的微生物菌株及其配伍；3、脅迫環(huán)境下，污染物組成與微生物區(qū)系內(nèi)種群組成、群落的結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系；4、微生物降解代謝途徑的調(diào)控；5、污染條件下微生物資源開(kāi)發(fā)、利用及技術(shù)途徑；6、植物與專(zhuān)性降解菌的聯(lián)合修復(fù)技術(shù)研究。
五、科研成果的傳輸與轉(zhuǎn)化
與國(guó)外油田相比,我國(guó)油田開(kāi)發(fā)與城市建設(shè)密不可分、相互交錯(cuò),使油田土壤污染對(duì)生態(tài)、水環(huán)境和人體健康的影響問(wèn)題顯得更為敏感和突出。油田區(qū)石油污染場(chǎng)地土壤修復(fù)已經(jīng)成為我國(guó)當(dāng)前環(huán)境領(lǐng)域研究的焦點(diǎn)和亟待解決的重大環(huán)境問(wèn)題之一，越來(lái)越多的油田開(kāi)始關(guān)注石油污染土壤的修復(fù)工作，并把石油污染土壤的修復(fù)作為油田發(fā)展新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。
為了解決我國(guó)石油污染場(chǎng)地的難題，需要國(guó)家管理部門(mén)、科研院所、修復(fù)企業(yè)的共同努力。目前，國(guó)內(nèi)高校及科研院所承擔(dān)著大部分的石油污染場(chǎng)地的修復(fù)技術(shù)研究工作，并開(kāi)始嘗試向工程實(shí)踐轉(zhuǎn)化，同時(shí)相關(guān)政府監(jiān)管管理部門(mén)和土壤修復(fù)產(chǎn)業(yè)鏈上下游公司也迫切需要掌握更多的相關(guān)知識(shí)。因此，作為鏈接各類(lèi)相關(guān)單位的行業(yè)修復(fù)平臺(tái)起著重要的信息傳遞作用，如近年來(lái)活躍在場(chǎng)地污染修復(fù)領(lǐng)域的中國(guó)生態(tài)修復(fù)網(wǎng)易修復(fù)學(xué)院近期準(zhǔn)備在天津開(kāi)始相關(guān)培訓(xùn)課程，邀請(qǐng)石油污染修復(fù)行業(yè)先行者郭書(shū)海團(tuán)隊(duì)及聚焦石油污染微生物修復(fù)研究多年的南開(kāi)大學(xué)唐景春團(tuán)隊(duì)將國(guó)內(nèi)國(guó)際的最新研究成果、十幾年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行梳梳理，希望能為我國(guó)石油石化污染場(chǎng)地的修復(fù)培養(yǎng)更多的專(zhuān)業(yè)人才。
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