石油污染土壤修复技术研究现状与展望

引言

　　在我国，勘探和开发的油气田有400多个，覆盖面积达3.2×105 km2，其中约4.8×106 hm2的土壤受到不同程度的污染。下表为我国部分油田周边石油污染状况，其周边土壤中的总石油烃(TPH)质量分数已经远远超过临界值500 mg／kg，对人居安全和生态环境造成了严重的威胁。由此可见，石油污染土壤形势严峻，修复工作迫在眉睫。

　　目前，常用的石油污染土壤修复技术可分为物理修复方法、化学修复方法、微生物修复方法、植物修复方法等。在实际修复过程中，考虑到污染场地地形、气候、地质、用途、污染类型和浓度等复杂因素，通常会将不同修复技术进行组合使用，以提高修复效率，降低修复成本。

　　1、石油污染土壤的物理修复方法

　　物理修复方法是利用物理原理和特定工程技术，将土壤中的污染物移除或者转化为无害形态。其主要包括土壤置换、气相抽提、萃取洗脱、电动修复、热脱附和生物炭吸附等。下面主要介绍土壤置换、气相抽提两种土壤的物理修复方法。

　　01.土壤置换

　　土壤置换是将污染土壤通过机械手段从污染场地移除，并填充以新鲜土壤的修复技术。土壤置换法较为单调，修复周期漫长，且修复过程需要投入大量人力、物力和财力。需要注意的是，土壤置换不能从根本上去除土壤中的污染物，移除后的污染土壤仍需进一步处理(如高温焚烧等)。因此，该技术一般只适用于污染核心区超高浓度污染土壤的处理或者紧急事件小面积污染场地的处理。

　　02.气相抽提

　　土壤气相抽提技术(Soil vapor extraction，SVE)是去除非饱和区土壤中挥发性有机物的有效手段，通过注入井向渗流区注入空气，同时利用抽提井产生低压环境，使得土壤中存在于油相、溶解相以及吸附相的有机污染物挥发到气相中，并经抽提井收集到地面尾气处理装置中进行回收或处理。

　　土壤气相抽提系统主要由鼓风机、真空泵、空气注人井、空气抽提井、监测井以及辅助管道等组成，如下图所示。该技术被美国环保署(US environmental protection agency，EPA)大力推广，是目前使用最为广泛的修复技术之一。

土壤气相抽提系统示意图

　　2.石油污染土壤的化学修复方法

　　化学修复方法是利用化学反应原理和工程技术将土壤中的污染物分解成无毒小分子，从而达到土壤修复的目的。其一般适用于高浓度污染场地的处理，主要的修复技术包括化学氧化、等离子体降解和光催化降解等。

　　2.1 化学氧化

　　化学氧化修复技术是通过向污染土壤中加入化学氧化剂，利用氧化剂和污染物之间发生的化学反应来实现土壤中污染物的降解。

　　1、芬顿试剂氧化

　　2、臭氧氧化

　　3、其他氧化剂氧化

　　2.2 等离子体降解

　　等离子体是由大量离子、电子、原子、分子以及未电离的中性粒子组成的宏观上呈电中性的集合体。近几年，等离子体作为一种新型技术被运用到环境领域。

　　2.3 光催化降解

　　光催化降解有机物的机理是当半导体材料吸收的光能大于或等于半导体禁带宽度时，电子由半导体的价带跃迁到导带上产生高活性电子e-。

　　3、石油污染土壤的微生物修复方法

　　微生物修复方法是利用细菌和真菌等微生物的代谢过程和工程技术将土壤中的污染物分解，从而达到土壤修复的目的。其一般适用于低浓度污染场地的处理，主要的修复技术包括生物刺激、生物强化和生物通风。

　　01.生物刺激

　　生物刺激是在修复过程中，通过工程调控措施

　　加入生物表面活性剂、释氧剂、生物营养物以及其他物质等来刺激土壤中土著微生物的生长并促进土著微生物对土壤中石油污染物的降解凹“。除了土壤的pH值、温度、湿度等环境因素外，影响微生物降解效果的因素还包括以下方面。

　　①营养物质

　　②电子受体

　　③生物表面活性剂

　　02.生物强化

　　生物强化是在污染土壤中加入特定功能的外来微生物(如工程细菌和真菌)或驯化后的土著微生物来提高污染物降解速率的修复方法。简而言之，就是将具有高效石油降解能力的菌株加入到石油污染土壤中，利用其直接降解作用或共代谢作用强化石油类污染物的去除过程。高效降解菌的选择是生物强化的关键，其生产过程如下：

　　①从污染场地分离出适应菌株

　　②筛选出具有高效降解能力的菌株

　　③反复的人工驯化或进行基因修饰

　　④进一步人工筛选

　　⑤得到高效降解菌株，并进行繁殖。

　　根据微生物的来源，可将生物强化分为外源微生物强化和土著微生物强化。

　　03.生物通风

　　生物通风是一种应用前景较为广阔的原位生物修复方法。其通过风机和空气注射井向污染土壤中注入适量的空气来创造适合土著微生物生长的好氧环境，从而增强污染物的降解速率。除了吸附在土壤中的污染物被降解外，污染物中的易挥发组分在土壤间隙缓慢移动的过程中也被微生物降解或者从污染土壤中解析出来。

4.石油污染土壤的植物修复方法

　　植物修复是利用天然植物的物理、化学、生物性质移除、降解、富集、固定土壤中的污染物，具有成本低廉、实施简单、环境友好以及美观等优点。然而，植物修复技术目前处于实验阶段和小规模场地实验阶段，应用于大规模污染场地的实际应用鲜有报道。限制植物修复技术发展的主要原因之一是高效降解植物的筛选。

　　理想的修复植物应该满足以下条件：

　　①对污染物具有良好的耐受性

　　②生长迅速，对污染物具有高效的生物富集、降解和固定能力

　　③能将根部积累的污染物转移到地上茎叶部分

　　④容易收割

总结与展望

　　石油污染土壤问题已成为国内外公众关注的焦点，相关治理工作势在必行。目前，针对石油污染土壤已经开发出一系列可行的修复技术，包括物理修复技术、化学修复技术、微生物修复技术及植物修复技术。但是，污染场地现场情况复杂多变，致使场地修复实施过程仍然存在诸多问题，如修复过程费用昂贵、修复效率低下以及修复过程存在二次污染风险等。上述问题的解决仍需通过多方面的研究进行推进。

充点小钱，办点大事！