油污土壤修复技术研究进展

发表时间:2020/6/17   来源:《基层建设》2019年第36期   作者:印登峰
[导读] 摘要:在我们国家不断发展、进步的过程中,在工农业生产快速发展的局势下,废水、污染物大量排放,农药和化肥无节制施用,而且石油资源开采过程中产生大量井喷物质,这些都导致土壤环境不断恶化,使土壤环境日益衰退。
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        摘要:在我们国家不断发展、进步的过程中,在工农业生产快速发展的局势下,废水、污染物大量排放,农药和化肥无节制施用,而且石油资源开采过程中产生大量井喷物质,这些都导致土壤环境不断恶化,使土壤环境日益衰退。因此,对土壤进行修复和改良显得尤为重要。
        关键词:油污土壤;修复技术;研究进展
        引言
        随着我国一系列环保政策的出台,油污土壤修复技术有了一定的进展。石油污染土壤的修复不仅需要去除污染物以保障农产品质量安全,还需要恢复土壤的物理、化学和生物属性,保障农作物正常生长和土壤生态环境。
        1油污现状与机理及危害性
        石油是重要的矿产资源,石油是目前最为重要和主要的能源,我国是世界产油大国之一,石油在开采、加工和存储于运输及炼制等生产建设过程中的各个环节,通过一定途径直接或间接进入土壤,改变土壤的原有结构和物理化学性质,具体表现为改变原有土壤的成分和比例,影响土壤自身的张力,堵塞土壤的空隙孔隙宏微观结构,降低土壤的通透性,降低土壤的品质;妨碍土壤中动植物微生物呼吸,引起土壤中小动物死亡,植物根系腐烂,农作物生长发育受到限制甚至抑制;破坏或减弱土壤中毛细现象,阻碍土壤中盐碱成分的迁移,加剧土壤中盐碱的积累,使土壤盐碱化加重加剧,石油成分与土壤固体颗粒成分混搅一起,使土壤性质逐渐向沥青化转变,继而固结硬化板结化,降低土壤的耕种功效。
        2油污土壤修复技术研究进展
        2.1活性剂浓度会对淋洗效果造成直接影响
        若浓度未能达到CMC,则活性剂很难起到增溶作用,实际的淋洗作用会变得很差。此时,为保证淋洗效果,必须增加次数,使修复费用大幅提高。相关研究表明,一半活性剂浓度越大,污染物的去除率越高,但达到某个限定值后开始趋于平稳,之后继续增加活性剂浓度,不会起到太大的作用,实际淋洗效果基本保持不变。此外,如果浓度过高,则会在溶液当中产生大量絮凝物,当与污染物接触后,将形成大量乳状液,导致土壤中的缝隙被堵塞,大幅减慢淋洗液实际流动速度,对最终的淋洗效果造成影响。活性剂一旦吸附于土壤,还会减弱洗脱,吸附主要和初始浓度有关,一般随初始浓度不断增加,吸附作用增强。可见,过量投入药剂不仅浪费资源,而且还会对土壤造成二次污染,所以在实际应用中应确定适宜的投加浓度。
        2.2抽气相抽提法
        该技术通过抽气井产生真空或向井中注入压缩空气,形成压力梯度,造成地下气体平流运动,使土壤中的挥发性和一些半挥发性石油污染物进入气相,并随气流由抽气井抽出,从而使土壤中的石油污染物得到去除。土壤气相抽技术具有经济,高效,安全等特点,但该技术只限于挥发性和一些半挥发性的石油组分污染土壤的修复,且要求土壤的质地均一,渗透性好,空隙率大。因此该技术经常与其他修复技术联合用于土壤的修复。
        2.3培养基pH
        设定混合菌剂培养基的pH分别为5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0共9个水平。根据1∶1混合培养的2种菌剂,每100 mL筛选培养基0.5 mL,分别放置于温度35℃条件下振荡培养,将培养基放置7 d,并测定培养基中石油含量和混合菌剂对石油的降解率。

当初始pH为5.0~7.0时,混合菌剂1#石油降解率显著高于混合菌剂2#,当初始pH为7.0~9.0时,混合菌剂2#石油降解率显著高于混合菌剂2#,对于混合菌剂1#,在初始pH为5.0~7.5时,其降解率随着初始pH的升高而升高,在初始pH为7.5时降解率达到最大值70.24%,之后随着初始pH的升高,降解率呈直线下降趋势;对于混合菌剂2#,在初始pH为5.0~8.0时,其降解率随着初始pH的升高而升高,在初始pH为8.0时降解率达到最大值80.10%,之后随着初始pH的升高,降解率呈明显下降趋势。这说明培养基pH不同对2组混合菌剂石油降解率有较大影响,当培养时间为7 d,菌剂接种量为0.5 mL,混合培养菌剂的最适培养温度为35℃时,混合菌剂1#的最适初始pH为7.5,而混合菌剂2#的最适初始pH为8.0。
        2.4生物修复新技术研究
        生物修复的效率受以下参数影响:石油降解微生物;营养物质,如溶解氧、氮和磷等;环境因素。因此,当前石油污染修复工程着重获得最佳除油效率的操作参数,响应面法是优化生物过程的有效方法,通过响应面法优化南极的石油污染土壤生物修复参数,优化后C∶N∶P=100∶17.6∶1.73,柴油去除率达到54.9%,而在未经优化的C∶N∶P比为100∶10∶1的去除率仅为27.8%,同时通过优化能够减少肥料用量。可见响应面法对于生物修复土壤参数优化具有重要作用,下一步应该进一步优化响应面法应用于优化修复参数的适应性。同时厌氧生物修复技术目前也获得世界各地研究人员的青睐。厌氧生物修复技术是微生物通过利用硝酸盐、硫酸盐、铁和二氧化碳作为电子受体修复石油污染土壤,相比于好氧生物修复工程向污染场地提供氧源而造成的高成本,这是一个符合经济效益的方法。通过对比硫酸盐、硝酸盐、甲烷和混合电子受体的条件下柴油(550 mg/kg)污染土壤原位生物修复效率,表明混合电子受体条件下柴油降解效率达到81%,而单独硫酸盐或者硝酸盐还原条件时柴油降解效率低于50%。这可能是由于在混合电子受体条件下细菌含量高所致。而对于不同电子受体混合条件,混合比例以及混合后降解机理研究相对较少。
        2.5非离子与阴离子式活性剂
        部分研究人员利用非离子与阴离子式活性剂进行淋洗专用药剂的复配,并取得了良好效果。比如,利用TX100与SDBS进行复配得到的药剂对土壤进行淋洗,去除土壤当中含有的菲,其去除效果远好于采用单一药剂;利用Tween80与SDS进行复配得到的药剂对土壤进行淋洗,去除土壤当中含有的石油烷烃,其去除效果远好于采用单一药剂,并且淋洗效果还伴随这两种药剂添加量的不断增加而进一步增强。研究表明,采用这两种活性剂进行复配制得的药剂具有协同作用,其原因为在复配之后可以形成吸附层及胶束,可以减弱离子之间形成的排斥,进一步降低CMC,同时使胶束当中分配系数明显增加。另外,在选择性吸附作用下,复配药剂中的各个组分吸附各类成分,使原有的组分比例发生变化,对淋洗效果造成影响。对此,在复配过程中,应深入了解不同组分具有的吸附特性及规律,避免被土壤大量吸收。
        2.6化学氧化方法
        就是向土壤中喷射或注入化学氧化剂,利用其氧化性与石油烃组分进行氧化还原反应,从而达到去除的目的,以此净化土壤达到修复目的。这种修复方法的实施工艺较为复杂,一般为先将石油污染土壤中的水分进行抽取,这样土壤中的石油成分混于水中而被带离土壤,并同时将石油中大部分易挥发成分去除,然后加入氧化剂,待氧化还原反应过后的水再次注入原土壤中,使氧化剂与土壤中的石油组分充分氧化,达到去除污染物的目的。但该方法的制约因素有土壤的特性(主要是指土壤的渗透性和氧化剂的氧化性能),故选择高效副作用小的氧化剂致关重要,该方法容易带来二次污染。
        结语
        总之,在石油污染土壤治理过程中,一方面要进一步完善生物修复技术,使其成熟化和系统化;另一方面,要注意传统方法与生物修复方法相结合,发挥各自优点,使环境修复的过程成为一个有机的整体,达到系统化和最优化,同时要综合考虑经济效益、社会效益和环境效益。
        参考文献:
        [1]李培军,台培东,郭书海,等.辽河油田石油污染土壤的阶段生物修复[J].环境科学,2003,24(3):74~78.
        [2]周东美,等.污染土壤的修复技术研究进展.生态环境,2004,(2)1:15~19.
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