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石油污染土壤修復(fù)技術(shù)

分類:固廢觀察 > 土壤修復(fù)    發(fā)布時(shí)間:2018年2月7日 10:06    作者:固廢觀察    文章來(lái)源:

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人類對(duì)能源的需求也在不斷擴(kuò)大,石油是最重要的能源之一,被成為“工業(yè)的血液”。近些年來(lái)各國(guó)都加快了對(duì)油氣資源的開(kāi)發(fā)利用,從沙漠到海洋、從無(wú)人區(qū)到人口稠密區(qū),越來(lái)越多的油氣井出現(xiàn)在世界各地。隨之土壤污染問(wèn)題日益突出,石油對(duì)土壤的污染危害大,潛伏期廠,涉及面廣,有研究者將其比喻為“化學(xué)定時(shí)炸彈”,已經(jīng)成為不容忽視的環(huán)境問(wèn)題。

本期介紹幾種石油污染土壤修復(fù)技術(shù),供大家參考,期待更多同行們文末留言參與討論。

                                                                                                                                     來(lái)源:生態(tài)修復(fù)網(wǎng)

石油主要是由烴類化合物組成的一種復(fù)雜化合物,其組成復(fù)雜,含有致畸、致 癌 、致突變的物質(zhì)(如鹵代烴、苯系物、苯胺類、菲 、苯并[a]芘等)。土壤作為人類、動(dòng)植物和微生物賴以生存的重要環(huán)境基礎(chǔ),是自然界物質(zhì)和能量參與轉(zhuǎn)化、遷移和積累等循環(huán)過(guò)程的重要場(chǎng)所,土壤安全事關(guān)人類食品安全。石油一旦進(jìn)人土壤,將對(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重危害。根據(jù)已公布的環(huán)境保護(hù)部和國(guó)土資源部發(fā)布的《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公告》顯示,我國(guó)土壤總超標(biāo)率高達(dá)16.1%。其中,有機(jī)類污染物,尤其是石油污染物已成為導(dǎo)致土壤安全問(wèn)題的重要因素之一。據(jù)報(bào)道在我國(guó),勘探和開(kāi)發(fā)的油氣田有4 0 0多個(gè),覆蓋面積達(dá) 3. 2 X 105 km2,其中約4. 8 X 106 hm2 的土壤受到不同程度的污染。為我國(guó)部分油田周邊石油污染狀況,其周邊土壤中的總石油烴( TPH ) 質(zhì)量分?jǐn)?shù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)臨界值500 mg/kg,對(duì)人居安全和生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的威脅。由此可見(jiàn),石油污染土壤形勢(shì)嚴(yán)峻,修復(fù)工作迫在眉睫。

土壤石油污染:是指原油和石油產(chǎn)品在開(kāi)采、運(yùn)輸、儲(chǔ)存以及使用過(guò)程中,進(jìn)入到土壤環(huán)境,其數(shù)量和速度超多土壤自凈作用的速度,打破了它在土壤環(huán)境中的自然動(dòng)態(tài)平衡,使其累積過(guò)程占據(jù)優(yōu)勢(shì),導(dǎo)致土壤環(huán)境正常功能的失調(diào)和土壤質(zhì)量的下降,并通過(guò)食物鏈,最終影響到人類健康的現(xiàn)象。

石油進(jìn)入土壤的途徑:

1.石油的泄露和溢油:陸地采油大量的生產(chǎn)設(shè)施如油井、集輸站、轉(zhuǎn)輸站和聯(lián)合站等,原油會(huì)被直接或間接的傾瀉與這些設(shè)施附件的地面;產(chǎn)品的開(kāi)采和運(yùn)輸業(yè)會(huì)使石油類物質(zhì)進(jìn)入土壤環(huán)境中;另外發(fā)生井噴或泄露,也會(huì)污染周圍土壤環(huán)境。

2.含油固、液體廢氣無(wú)的隨意處置:油氣的開(kāi)采和運(yùn)輸過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量含油、天然氣的開(kāi)采過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量含油廢水、有害的廢泥漿以及其他的一些污染物,如果處理不好就會(huì)污染周邊土壤、河流甚至地下水。

3.含油污水的灌溉和農(nóng)用藥劑的使用:一些工業(yè)企業(yè)產(chǎn)生的含油廢水如果不加以回收處理,直接排入河流、湖 泊或海灣,會(huì)污染水體,該水體用于農(nóng)業(yè)灌溉,則會(huì)導(dǎo)致土壤污染,另外某些農(nóng)用藥劑也會(huì)污染土壤。

4.汽車尾氣的排放:汽車尾氣排放導(dǎo)致交通干線兩側(cè)土壤的有機(jī)物污染,另外大氣沉降也會(huì)導(dǎo)致土壤污染。


石油污染土壤修復(fù)技術(shù)

石油污染土壤的物理修復(fù)方法:

物理修復(fù)方法是利用物理原理和特定工程技術(shù),將土壤中的污染物移除或者轉(zhuǎn)化為無(wú)害形態(tài)。其主 要包括土壤置換、氣相抽提、萃取洗脫、電動(dòng)修復(fù)、熱脫附和生物炭吸附等。

1.土壤置換法:是將污染土壤通過(guò)機(jī)械手段從污染場(chǎng)地移除,并填充以新鮮土壤的修復(fù)技術(shù) 。土壤置換法較為單調(diào),修復(fù)周期漫長(zhǎng),且修復(fù)過(guò)程需要投人大量人力、物力和財(cái)力。該技術(shù)一般只適用于污染核心區(qū)超高濃度污染土壤的處理或者緊急事件小面積污染場(chǎng)地的處理,如天津“8 ? 12”事故中爆炸核心區(qū)的場(chǎng)地修復(fù)。

2.氣相抽提法:是去除非飽和區(qū)土壤中揮發(fā)性有機(jī)物的有效手段,通過(guò)注人井向滲流區(qū)注人空氣,同時(shí)利用抽提井產(chǎn)生低壓環(huán)境,使得土壤中存在于油相、溶解相以及吸附相的有機(jī)污染物揮發(fā)到氣相中,并經(jīng)抽提井收集到地面尾氣處理裝置中進(jìn)行回收或處理。


氣相抽提技術(shù)


萃取洗脫技術(shù)

3.電動(dòng)修復(fù)法:是一種原位土壤修復(fù)技術(shù)。通過(guò)向污染土壤中置人電極,并通以低壓直流電形成電場(chǎng)。在電勢(shì)梯度作用下產(chǎn)生的電動(dòng)效應(yīng)(電滲析、電遷移和電泳)會(huì)驅(qū)動(dòng)土壤中的流體介質(zhì)發(fā)生定向移動(dòng),從而使污染物伴隨主體流動(dòng)從土壤中移除


電動(dòng)修復(fù)技術(shù)

4.熱脫附法:是利用升高溫度來(lái)增加污染物在空氣中的分壓,從而達(dá)到將污染物分子從土壤顆粒上分離的目的。熱脫附技術(shù)主要應(yīng)用于高濃度揮發(fā)性或半揮發(fā)性有機(jī)物污染土壤的修復(fù)。有機(jī)污染物在土壤顆粒上的熱脫附包括3 個(gè)階段:①污染物在土壤孔隙內(nèi)的汽化過(guò)程;②污染物氣體分子在土壤顆粒內(nèi)部的內(nèi)擴(kuò)散過(guò)程;③污染物分子從土壤表面向大氣環(huán)境的表面擴(kuò)散過(guò)程。


熱脫附技術(shù)

5.生物炭(Biochar)吸附技術(shù):是利用具有豐富的空隙結(jié)構(gòu)、 較大的比表面積以及眾多表面活性基團(tuán)的活性炭對(duì)有機(jī)物具有的較強(qiáng)的親和能力,去吸附土壤中的有機(jī)污染物。生物炭對(duì)有機(jī)污染土壤修復(fù)原理主要有以下幾個(gè)方面:①生物炭表面活性基團(tuán)的吸附;②生物炭?jī)?nèi)部孔隙的固定。除了能夠吸附土壤中的污染物,生物炭還可以作為土壤改良劑,改善土壤肥力。

石油污染土壤的化學(xué)修復(fù)法:

化學(xué)修復(fù)方法是利用化學(xué)反應(yīng)原理和工程技術(shù)將土壤中的污染物分解成無(wú)毒小分子,從而達(dá)到土壤修復(fù)的 目的。其一般適用于高濃度污染場(chǎng)地的處理,主要的修復(fù)技術(shù)包括化學(xué)氧化、等離子體降解和光催化降解等;

1. 化學(xué)氧化法:化學(xué)氧化修復(fù)技術(shù)是通過(guò)向污染土壤中加入化學(xué)氧化劑,利用氧化劑和污染物之間發(fā)生的化 學(xué)反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)土壤中污染物的降解。

2. 等離子體降解:等離子體是由大量離子、電子、原子、分子以及未電離的中性粒子組成的宏觀上呈電中性的集合體。近幾年,等離子體作為一種新型技術(shù)被運(yùn)用到環(huán)境領(lǐng)域. 由于在電離產(chǎn)生等離子體過(guò)程中能夠產(chǎn)生大量活性物質(zhì)如O3、H20 2、自由基(?0H)等,從而創(chuàng)造一種強(qiáng)氧化環(huán)境,將處于電離場(chǎng)中的有機(jī)物進(jìn)行氧化分解。

3. 光催化降解:是當(dāng)半導(dǎo)體材料吸收的光能大于或等于半導(dǎo)體禁帶寬度時(shí),電子由半導(dǎo)體的價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶上產(chǎn)生高活性電子e 。同時(shí),在原來(lái)的價(jià)帶上形成1 個(gè) 空 穴h+ 。產(chǎn)生的空穴具有極強(qiáng)的氧化性(即獲取電子的能力),可以與水作用形成羥基自由基·OH),從而直接將有機(jī)物降解為小分子物質(zhì)。


光催化降解

石油污染污染的生物修復(fù)

1微生物修復(fù)法:微生物修復(fù)方法是利用細(xì)菌和真菌等微生物的代謝過(guò)程和工程技術(shù)將土壤中的污染物分解,從達(dá)到土壤修復(fù)的目的。其一般適用于低濃度污染場(chǎng)地的處理,主要的修復(fù)技術(shù)包括生物刺激、生物強(qiáng)化和生物通風(fēng)。

生物增強(qiáng)

生物強(qiáng)化是在污染土壤中加人特定功能的外來(lái)微生物(如工程細(xì)菌和真菌)或馴化后的土著微生物來(lái)提高污染物降解速率的修復(fù)方法。簡(jiǎn)而言之,就是將具有高效石油降解能力的菌株加人到石油污染土壤中,利用其直接降解作用或共代謝作用強(qiáng)化。石油類污染物的去除過(guò)程。高效降解菌的選擇是生 物強(qiáng)化的關(guān)鍵。

生物刺激

生物刺激是在修復(fù)過(guò)程中,通過(guò)工程調(diào)控措施加人生物表面活性劑、釋氧劑、生物營(yíng)養(yǎng)物以及其他物質(zhì)等來(lái)刺激土壤中土著微生物的生長(zhǎng)并促進(jìn)土著微生物對(duì)土壤中石油污染物的降解;

生物通風(fēng)

生物通風(fēng)是一種應(yīng)用前景較為廣闊的原位生物修復(fù)方法。其通過(guò)風(fēng)機(jī)和空氣注射井向污染土壤中注人適量的空氣來(lái)創(chuàng)造適合土著微生物生長(zhǎng)的好氧環(huán)境,從而增強(qiáng)污染物的降解速率。

2.植物修復(fù)法

根際降解:根際降解本質(zhì)是植物根部輔助微生物降解。植物根部及其周圍微生物的相互作用,能夠顯著降低石油類污染物的毒性和持久性。首先,植物的非根部分能夠?yàn)楦刻峁┍匾臓I(yíng)養(yǎng)物質(zhì),促進(jìn)根的生長(zhǎng) ,并分泌有機(jī)物質(zhì),增加石油污染物的生物可利用性;其次,植物根部能夠創(chuàng)造富含糖類、氨基酸、有機(jī)酸、維生素 、單寧、生物堿、固醇、生物酶、生長(zhǎng)素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的多元有機(jī)環(huán)境,從而增強(qiáng)周邊微生物群落的新陳代謝活動(dòng); 最后,在根際微生物代謝作用下,將石油污染物降解為自身生長(zhǎng)必須的碳源,同時(shí)減少石油污染物對(duì)植物的毒害作用。

植物固定:是指污染物在植物根表面的吸附或在植物根內(nèi)部的吸收沉積,從而有效阻止污染物通過(guò)腐蝕、滲漏以及擴(kuò)散等作用在土壤中遷移。植物根部細(xì)胞壁在相關(guān)酶和蛋白質(zhì)的作用下和污染物結(jié)合在一起,使其固定在細(xì)胞膜外面。另外,部分酶能夠促使某些污染物透過(guò)根部細(xì)胞壁和細(xì)胞膜進(jìn)人細(xì)胞液泡中,從而起到固定作用。此外,在植物分泌的生物酶催化下,能增加石油污染物與土壤中有機(jī)物之間的相互作用,形成無(wú)害的腐殖質(zhì),顯著提高了石油污染物的生物可利用性。

植物降解:是指污染物被植物根部吸收后,在植物組織輸運(yùn)作用下,參與植物體內(nèi)新陳代謝過(guò)程從而實(shí)現(xiàn)降解。已有研究結(jié)果驗(yàn)證了植物對(duì)有機(jī)物的直接降解作用。此外,在植物分泌的生物酶催化作用下,石油類污染物可在植物體外部發(fā)生化學(xué)反應(yīng),也可實(shí)現(xiàn)間接降解。

植物揮發(fā):是指污染物被吸收后,污染物中的易揮發(fā)組分和某些代謝物通過(guò)植物莖葉的蒸騰作用釋放到大氣環(huán)境中,從而有效地將污染物從土壤中移除。


植物固定

3.動(dòng)物修復(fù)法:主要是利用土壤動(dòng)物在土壤生態(tài)系統(tǒng)中分解有機(jī)質(zhì)、改變土壤理化性質(zhì)、保持土壤持水性和通透性、熟化土壤、促進(jìn)物質(zhì)循環(huán)等重要作用,但目前只處于研究探索階段,其中研究最多的生物是蚯蚓。

【后記】實(shí)際污染場(chǎng)地地質(zhì)條件復(fù)雜多變,且污染物種類繁多,單一修復(fù)方法由于其自身特性以及場(chǎng)地局限性,往往不能有效去除土壤中的復(fù)雜污染物。針對(duì)這種情況,土壤組合修復(fù)技術(shù),包括物理-化學(xué)組合修復(fù)技術(shù)、物理-生物修復(fù)技術(shù)、化學(xué)-生物修復(fù)技術(shù)、植物-微生物組合修復(fù)技術(shù)等,頗具優(yōu)勢(shì)。

 

來(lái)源:固廢觀察

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