土壤原油污染处理研究进展

中国石化胜利油建工程有限公司

土壤原油污染处理研究进展

孙涛中国石化胜利油建工程有限公司

随着石油石化行业快速发展，原油储存、运输等生产过程及爆炸事故产生的土壤污染日益严重。近几年来，以植物修复、微生物修复、植物—微生物联合修复为代表的生物修复法，因其原油去除率高、绿色环保等优势正成为土壤石油污染修复的主流手段。突发性原油泄漏处理应不同于长期渐进式泄漏污染，应抓住修复的黄金时期，建议事故初期采用吸油毡、稻草帘尽快吸出表面溢油。

原油污染；修复；微生物；潜在生态危害指数法

随着石油石化行业快速发展，由原油存储、炼制、运输过程泄漏甚至爆炸产生的土壤原油污染日益严重。目前，针对土壤原油污染修复的办法，按处理位置分原位修复、异位修复及综合修复；按具体操作分为物理修复、化学修复、生物修复及联合修复。原位修复法是在污染源就地直接处理的方法，主要包括生物通气、植物修复、植物—微生物联合修复和原位淋洗等技术。该法工艺简单、成本比较低，但受环境影响大、处理时间长、污染物易扩散，适合污染情况较为稳定或者需要长期治理、不宜进行异位修复的污染区域。异位修复法是将污染土壤运送至专门场地进行处理的方法，主要包括土地耕作法、土壤堆肥、反应器、预制床等。该法可防止污染物向地下水或更广大地域扩散，修复效果好、时间短、易于控制，但工艺复杂、成本较高。

1 物化修复法

早期原油污染土壤多采用物化方法进行处理。包括热处理、土地耕作法、土地堆肥法、蒸汽法、抽气法、土壤淋洗技术等。

（1）热处理即焚烧法虽然能将污染原油大部分清除，但产生巨大环境污染，并且对于大量泄漏原油此法代价昂贵，故难以实施。

（2）土壤淋洗技术是修复石油烃及卤代芳烃等土壤污染的快速、高效方法。能去除大部分多环芳烃、重金属、氰化物等污染物，既可原位修复又可异位修复，可作为其他修复技术的前期处理。不同淋洗剂适用不同类型的土壤污染，其中化学表面活性剂、生物表面活性剂对石油烃类的土壤污染修复效果明显。卢媛等通过实验研究指出，LAS与TX2100质量比8∶2条件下的阴离子、非离子混合表面活性剂，石油烃去除率可达76.9%。Urum K等对七叶皂甙、卵磷脂、鼠李糖脂、皂甙、单宁等生物表面活性剂去除土壤原油的效果进行评估，结果显示十二烷基硫酸钠（SDS）对原油的去除率达80%，卵磷脂对原油的去除率达42%。然而，土壤淋洗法对渗透性差的污染土壤修复效果不佳，且高效淋洗剂的费用昂贵，修复的经济性难以保证。

（3）土耕法是将被原油污染的土壤挖出放置在处理垫上，定期耕作处理。该法能防止污染物转移，使生物保持良好的通风条件，但有机物挥发必然造成空气污染，难降解物的缓慢累积增加土壤的毒性。

（4）土壤堆肥法是将污染土壤添加粪便、营养物质、微生物和稻草，进行堆肥处理。有关汽油污染土壤堆肥处理的研究表明，动物粪草中存在大量能降解石油烃的微生物，它既能提供无机、有机营养物质，又能起到接种的作用。

2 生物修复法

近几年来，以植物修复、微生物修复、植物—微生物联合修复为代表的生物修复法，因其原油去除率高、绿色环保等优势正成为土壤石油污染修复的主流手段。

（1）修复机理。植物利用根系三方面的作用分解石油烃：直接吸收和降解、释放分泌物和酶、增强根区强化作用。紫花苜蓿、披碱草、黑麦草、高羊茅等植物根系发达，其与土壤接触面积大，通过根际作用能固定更多的污染物，并防止污染物向叶片扩散通过蒸腾作用向大气二次扩散，对浅层土壤污染的修复效果较好。另外，已有有针对性的筛选和培育转基因植物的研究，因转基因植物能缩短污染降解周期和降低成本，但其安全性令人担忧。微生物修复是利用微生物通过自身代谢来降解石油烃，降解石油烃的微生物大量存在于受石油污染的土壤中。其中，以细菌为代表的有无色杆菌属、不动杆菌属、芽孢杆菌属、黄杆菌属等，以放线菌为代表的有放线菌属、诺卡氏菌属，以真菌为代表的有金色担子菌属、假丝酵母属等。宋华在阐述微生物降解石油烃的机理中指出，石油烃中的链烷烃、其中环烷烃和芳香烃，环烷烃降解难度最大。

（2）修复实验及效果比较。受原油污染的土壤采用微生物修复法，可分为微生物的原位修复和异位修复。其中异位修复法包括生物堆积处理技术、土壤堆肥处理技术和生物反应器处理技术。何良菊等指出，生物泥浆法是在土壤堆肥法的基础上，增强营养物质、电子受体及其他添加物效果；而生物反应器，则是将污染土壤预处理筛去大块部分后，分散在水中，运行在厌氧或好氧条件下。李培军等研究了土壤堆肥法中微生物降解石油的效果。实验将污染土壤样本混合后，按比例加肥料、水和固体菌剂，充分搅拌均匀后，在预制床上堆成长8m、宽2m、高0.5m的条状，堆料中间垂直插放通气管，用于自然供氧和排气。处理过程中调节pH和水分，分别控制在6%～8%和10%～25%，考察微生物的生态分布和活性，采集土壤样品，分析原油总量、芳烃总量、烷烃总量和沥青+胶质总量。刘继朝采用人工配制石油污染土壤盆栽的方法，比较向日葵、高丹草狗牙草、棉花等植物修复及植物与微生物组合的修复效果，实验筛选出棉花加菌的植物—微生物修复效果最好，120天后原油降解率可达85.67%。常慧萍等开展了植物—微生物联合强化修复的田间试验。试验分为黄豆区、有机肥区、有机肥加蓬松剂锯末区、空白对照区。各区添加驯化分离的高效降解菌株，并维持土壤含水量在约20%。采用稀释平板法和重量法，定期采样样品中石油烃降解菌数及石油烃含量。结果表明，四个区平衡降解率为89.4%、72.5%、76.7%、49.2%，黄豆区最后石油烃残留量463.6mg/kg，低于临界残量500mg/kg。黄豆植物根形成根瘤提供氮源，根系生长扩大为微生物提供营养，使菌数增加。锯末增加土壤通透性。Chagas—Spinelli、Mori等实验比较了土耕法、生物法和强化生物法降解热带黏土柴油污染中多环芳烃的效果。污染土壤样本取自地表下15 cm处，土壤经风干、2mm孔径筛滤后，每5 kg放入6.8 cm×27.0 cm×42.5 cm规格的塑料托盘中，按60℃风干单位质量土壤混入40 g柴油的比例进行掺混，室温下放置1周。强化生物法除与生物法相同外，另按照每千克土壤加入87.5mL矿物溶液进行强化。矿物溶液按照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去离子水进行配制。结果表明，增加土壤养分供给能显著增加土壤中微生物数量，进而提高土壤降解能力，强化的生物法能初步去除70%～81%的原油碳氢物，而空白组在自然状态下的去除率降至56%。Xu Y等也对比了植物修复、微生物修复、植物—微生物联合修复的效果。可以确定，植物—微生物联合修复的效果较其他生物修复法更优。涉及微生物处理原油污染的过程中，都需要完成石油烃降解菌的分离和驯化，上述国内外研究采用的分离和驯化方法类似。

3 生态危害潜在风险评价

原油土壤污染带来的生态危害可通过潜在生态危害指数法进行评定。评价模型源于土壤重金属污染评价。原油单组分污染系数为土壤中原油污染组分的实测浓度值；为土壤中原油污染组分的参考值）；土壤原油污染程度值原油单组分毒性响应系数由原油组分对动植物、土壤及水源、生态环境等有害程度确定；原油单组分的潜在生态危害系数；原油潜在生态危害指数

4 结论与建议

（1）针对土壤原油污染的研究不多，特别是针对我国胶质、沥青质含量较高的原油。植物、微生物降解作用对石油烃中多环芳香烃（PAHs）降解速率较高，多数实验研究降解速率可达70%，但它们对高浓度原油、重污染地区的降解效果不佳，有待进一步研究。

（2）目前，评价石油污染土壤的修复效果以多环芳烃（PAHs）去除率为指标的居多，而石油中各组分对动植物以及水源等的影响程度不同、可降解程度不同，尤其是对于胶质、沥青质含量多的原油，应根据原油各组分的降解情况给出考虑上述因素的权重评价方法。

（3）突发性原油泄漏处理应不同于长期渐进式泄漏污染，应抓住修复的黄金时期，建议事故初期采用吸油毡、稻草帘尽快吸出表面溢油。综合考虑污染修复的难易程度，采用先处理浅层2 cm左右污染土，防止扩散，后采用生物综合治理的方法。针对突发性原油泄漏应最大可能地降低原油有害组分扩散，降低修复周期。

（4）原油降解菌分离和驯化，多来自长期石油污染区，可以考虑培育高降解性、高安全性的基因工程降解菌，对重污染土壤进行异位修复。

（栏目主持 张秀丽）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.1.025