eiafans 2006-10-31 19:09
石油污染及治理
曹 刚，王 华
（重庆市后勤工程学院研究生五队，重庆 400016）
【摘 要】阐述了石油及其产品对土壤、水体以及空气污染的危害；介绍了目前对土壤、水体、空气石油污染的治理方法。具体阐述了石油污染土壤治理的微生物技术、植物修复技术以及石油对海洋、江河、湖泊以及地下水污染处理技术。
【关键词】石油污染 治理方法
【中图分类号】 【文献标识码】A 【文章编号】1007-7723（2005）03-
【收稿日期】2005-01-26
【作者简介】曹刚，王华，解放军后勤工程学院研究生五队学员
随着经济的发展，人类对能源的需求也不断扩大，各国都加快了对油气资源的开发利用，从沙漠到海洋、从无人区到人口稠密区，越来越多的油气井出现在全球各地。石油是由上千种化学性质不同的物质组成的复杂混合物，主要包括饱和烃、芳香烃类化合物、沥青质、树脂类等。石油的开采、冶炼、使用和运输过程的污染和遗漏事故，以及含油废水的排放、污水灌溉，各种石油制品的挥发、不完全燃烧物飘落等引起一系列石油污染问题。
一、石油污染
石油及石油产品会严重污染人类赖以生存的土壤、水体以及空气，并产生严重后果。
（一）土壤污染
油气的开采和运输过程会对生态环境造成影响。在石油、天然气的开采过程中，会产生大量含油废水、有害的废泥浆以及其他一些污染物，如果处理不好就会污染周边土壤、河流甚至地下水，同时石油、天然气本身就含有对人和动物有害的物质，一旦发生井喷或泄漏，将对生活在油气田附近的人和动物构成致命威胁。石油管道的泄漏也会严重破坏生态，据一位美国环保人士估算，如果阿拉斯加陆地石油管道发生泄漏，至少会形成半英里宽、30英里长的污染带，由于石油会迅速渗透到土壤中，杀死土壤中的微生物，从而改变土壤成分，改变地表生态，遭受污染的地区可能在几十年甚至上百年的时间内都会寸草不生。许多研究表明，一些石油烃类进入动物体内后，对哺乳类动物及人类有致癌、致畸、致突变的作用。土壤的严重污染会导致石油烃的某些成分在粮食中积累，影响粮食的品质，并通过食物链，危害人类健康。
（二）水体污染
石油及产品对水体的污染主要有海洋、江河湖泊、地下水污染。
石油污染最主要发生在海洋。据统计，每年通过各种渠道泄入海洋的石油和石油产品,约占全世界石油总产量的0.5%，倾注到海洋的石油量达200万吨～1000万吨,由于航运而排入海洋的石油污染物达160万吨～200万吨,其中1/3左右是油轮在海上发生事故导致石油泄漏造成的。我国海上各种溢油事故每年约发生500起,沿海地区海水含油量已超过国家规定的海水水质标准2倍～8倍,海洋石油污染十分严重。海洋石油污染危害是多方面的，如在水面形成油膜，阻碍了水体与大气之间的气体交换；油类粘附在鱼类、藻类和浮游生物上，致使海洋生物死亡，并破坏海鸟生活环境，导致海鸟死亡和种群数量下降。石油污染还会使水产品品质下降，造成经济损失
河流湖泊水体污染主要是受炼制石油产生的废水以及石油产品造成的。在炼油工业中，有大量含油废水排出，由于排放量大，常超出水体的自净能力，易形成油污染。另外，油轮洗舱水以及船舶在水域中航行时所产生的主要污染物油污，也会对水域造成污染。这些污染使河流、湖泊水体以及底泥的物理、化学性质或生物群落组成发生变化，从而降低了水体的使用价值，甚至危害到人的健康。
随着石油的大规模勘探、开采，石油化工业的发展及其产品的广泛应用，石油及石油化工产品对于地下水的污染已成为不可忽视的问题。石油和石油化工产品，经常以非水相液体(NAPL)的形式污染土壤、含水层和地下水。当NAPL的密度大于水的密度时，污染物将穿过地表土壤及含水层到达隔水底板，即潜没在地下水中，并沿隔水底板横向扩展；当NAPL密度小于水的密度时，污染物的垂向运移在地下水面受阻，而沿地下水面(主要在水的非饱和带)横向广泛扩展。 NAPL可被孔隙介质长期束缚，其可溶性成份还会逐渐扩散至地下水中，从而成为一种持久性的污染源。
（三）空气污染
石油的燃烧产生的硫的氧化物二氧化硫和三氧化硫会严重污染大气。硫氧化物对人体的危害主要是刺激人的呼吸系统，吸入后诱发慢性呼吸道疾病，甚至引起肺水肿和肺心性疾病。如果大气中同时有颗粒物质存在，颗粒物质吸附了高浓度的硫氧化物、可以进入肺的深部，就会大大地加大危害程度。石油燃烧产生的氮的氧化物和硫的氧化物在高空中为雨雪冲刷，溶解，雨成为了酸雨；这些酸性气体成为雨水中杂质硫酸根、硝酸根和铵离子，会严重污染土壤以及水体，造成生态的失衡。
污染大气的碳氢化合物主要是由于广泛应用石油、天然气作为燃料和工业原料而造成的。在城市里，有一半以上的碳氢化物是由车辆排出的。其次是石油化工生产和以石油作溶剂的油漆、涂料、油墨等在制造和使用过程中碳氢化合物蒸发逸出。
二、石油污染治理方法
石油及其产品对环境的污染越来越严重，已经危及到人类的健康和生存。石油污染治理越来越受到重视，出台了相关的治理措施、政策，出现了很多的石油污染治理技术和方法。
（一）土壤石油污染治理
80年代以前，治理石油烃污染土壤还仅限于物理和化学方法，即热处理和化学浸出法。热处理法是通过焚烧或煅烧，可净化土壤中大部分有机污染物，但同时亦破坏土壤结构和组分，且价格昂贵而很难实施。化学浸出和水洗也可以获得较好的除油效果，但所用的化学试剂的二次污染问题限制了其应用。早在70年代，为了解决输油管线和储油罐发生故障漏油和溢油时土壤被石油污染的问题，美国埃索研究和工程公司就已经开始寻找清洁的生物解决方法，并且其实验室研究找到一种有效的“细菌播种法”，开了生物修复石油污染土壤先河。80年代以来，污染土壤的生物修复技术越来越引起人们的关注，生物修复技术也取得了很大进步，正在逐渐成熟。生物修复是利用生物的生命代谢活动减少土壤环境中有毒有害物的浓度，使污染土壤恢复到健康状态的过程。
目前，治理石油烃类污染土壤的生物修复技术主要有两类：一类是微生物修复技术，按修复的地点又可分为原位生物修复和异位生物修复；另一类是植物修复法。
1．微生物修复技术
（1）原位生物修复技术
原位处理方法是将受污染土壤在原地处理。处理期间，土壤基本不被搅动，最常见的就地处理方式是土壤的水饱和区进行生物降解。除了要加入营养盐，氧源（多为H2O2）外；还需引入微生物以提高生物降解的能力。有时，在污染区挖一组井，并直接注入适当的溶液，这样就可以把水中的微生物引入到土壤中。地下水经过一些处理后，可以恢复和再循环使用，在地下水循环使用前，还可以加入土壤改良剂。
污染土壤经过处理，所有多环芳烃的降解都很明显，但是，三环和多环芳烃的降解率一般明显低于60%。因为就地处理对温度较敏感，所以只能在气温大于8 ℃的月份进行。在一定的时间内，原位处理不可能有效地去除大多数多环芳烃，而且这种方法因受温度和土壤类型的影响而具有一定的局限性。
（2） 异位生物修复技术
异位生物修复主要包括现场处理法、预制床法、堆制处理法、生物反应器和厌氧生物处理法。
（a）现场处理法
近年来国外石油烃污染生物处理的研究很多，其中土壤耕作处理是现场处理土壤污染常用的方法。被污染的废物施在土壤上，通过施肥、灌溉和加石灰等管理措施，保持氧气、水分和pH的最合适值，并进行耕作以改善土壤的通气状况，确保在污染废物和下面土层中污染物的降解。降解过程所用的微生物多为土著微生物，但是要提高效果还需要引入驯化的微生物。
（b）预制床法
现场处理中土壤耕作处理最大的缺陷是污染物可能从处理区迁移，预制床的设计可以使污染物的迁移量减至最小，因为它具有滤液收集和控制排放系统。预制床的底面为渗透性低的物质，如高密度的聚乙烯或粘土。将污染土壤转移到预制床上，通过施肥、灌溉，调节pH，有时还加入微生物和表面活性剂，使其最适合污染物的降解。与同一区域的原位处理技术相比，预制床处理对三环和三环以上的多环芳烃的降解率明显提高。
（c）堆制处理法
土壤的堆制处理就是将受污染的土壤从污染地区挖掘起来，防止污染物向地下水或更大的地域扩散，运输到一个经过处理的地点（布置防止渗漏底，通风管道等）堆放，形成上升的斜坡，并进行生物处理。堆制法是生物修复技术中的一种新型替代技术。堆制处理过程对污染土壤中的多环芳烃降解，多环芳烃的降解随着苯环数的增加而降低，当多环芳烃的初始浓度提高约50倍时，除荧、蒽外，其他多环芳烃的降解随着污染浓度的提高而降低。
（d）生物反应器法
生物反应器法是将污染土壤置于一专门的反应器中处理。生物反应器一般建在现场或特定的处理区，通常为卧鼓形和升降机形，有间隙式和连续式两种。因为反应器可使土壤与微生物及其他添加物如营养盐，表面活性剂等彻底混合，能很好的控制降解条件，因而处理速度快，效果好。生物反应器处理的过程为：先挖出土壤与水混合为泥浆，然后转入反应器。为了提高降解速率，常在反应器先前处理的土壤中分离出已被驯化的微生物，并将其加入到准备处理的土壤中。
（e）厌氧生物修复法
修复受石油烃污染土壤的研究已开发了生物堆层、堆肥及土壤泥浆反应器等好氧修复工艺，但分离获得某些降解菌时，一些降解菌伴有产生高生态风险的产物。最近的研究表明以厌氧还原脱氯为特征的厌氧微生物修复技术有很大的潜力。
（2）植物修复技术
目前，对土壤有机污染的生物修复研究较多，但是，多集中在微生物作用上。事实上，植物对污染物的去除起着直接和间接的重要作用。植物生物修复是利用植物体内对某些污染物的积累、植物代谢过程对某些污染物的转化和矿化，植物根圈与根茎的共生关系增加微生物的活性的特点，加速土壤污染物降解速度的过程。
植物修复的方式包括植物提取、植物降解和植物稳定化三种。植物提取是指利用植物吸收积累污染物，待收获后才进行处理。收获可以进行热处理，微生物处理和化学处理。植物降解是利用植物及相关微生物区系将污染物转化为无毒物质。植物稳定化是指植物在同土壤的共同作用下，将污染物固定，以减少其对生物与环境的危害。植物根际使土壤环境发生变化，起到了改善和调节作用，从而有利于污染物的降解。因此通过选择适当植物和调控土壤条件等手段，可以实现污染土壤的快速修复。
植物生物修复是一项利用太阳能动力的处理系统，具有处理费用低，减少场地破坏等优点而受到普遍重视。据美国实践，种植管理的费用在每公顷200~1000美元之间，即每年每立方米的处理费为0.02~1.00美元，比物理化学处理的费用低几个数量级。
（二）水体石油污染治理
水体石油污染和土壤治理不同，水具有流动性，不及时处理会使污染范围以很快的速度不断扩大。因此，水体石油污染首先是控制污染然后再对污染水进行处理。
（1）海洋、江河、湖泊水体治理
对海洋、江河、湖泊石油污染治理，目前仅限于化学破乳、氧化处理方法进行分解处理和机械物理的方法进行净化吸附。清除海洋、江河、湖泊石油污染是非常困难的。防止油水合二为一的唯一选择是喷洒清除剂，因为只有化学药剂才能使原油加速分解，形成能消散于水中的微小球状物。清除水面石油污染还有一些物理方法，如用抽吸机吸油，用水栅和撇沫器刮油，用油缆阻挡石油扩散。英国有一位农场主发明了一种用机编禾草排治理石油污染的方法，不仅能防止石油在海中扩散，而且能吸收比自身质量多15倍的石油，可防止油轮流出的石油污染水岸，禾草中又以大麦秸秆治污最为有效。1992年，一艘油轮在舍德兰群岛附近失事后，在海上放置了22千米长的禾草排，从而保护了海滨浴场和渔场不致遭受污染。而俄罗斯莫斯科精细化工科学院的教授奥列格.乔姆金研制出了用农作物废料清除石油污染的全新方法。演示实验中，乔姆金在一盆水中挤了几滴重油，水盆中顿时漂起了一层薄薄的油花。紧接着乔姆金向水盆中撒入了一小撮稻米壳，几分钟后水盆中的油迹开始减少，二小时后水盆中的油迹完全消失了。
而对收集上来的污水以及石油工厂排出来的石油污水采用生物处理法。生物处理法也称生化处理法。生物处理法是处理废水中应用最久、最广和相当有效的一种方法。它是利用自然界存在的各种微生物，将废水中有机物进行降解，达到废水净化的目的。
（2）地下水体治理
对地下水石油污染治理，采用水动力学方法，通过抽水井或注水井控制流场，可以防止石油和石油化工产品污染的进一步扩大，同时对抽取出来的受污染的地下水进行处理。
近年来，臭氧氧化技术对石油污染的地下水处理取得了很大进展。 经臭氧氧化反应后，水体中有机物种类增加，经过一定时间接触氧化反应后，苯系物和稠环芳烃类在水中的相对含量有较大幅度下降，但酯、醛、酮类和烷烃类在水中的相对含量却大幅上升。一般认为，水中芳香烃物质危害性较大，多具有较大的毒性和致癌性，而烷烃、酯类和其他低分子物质的危害性小得多。由上我们可以看出，臭氧氧化法是把危害性大的污染物转化为危害小的污染物，污染水体没有得到根本治理，因此臭氧氧化法与吹脱、活性炭吸附、生物氧化等处理方法配合使用，才能得到良好的处理效果。
（三）空气石油污染治理
石油对空气的污染仅限于其所含的具有挥发性的物质以及轻质石油产品了，而不像对于土壤和水体，石油中的粘稠胶体可以在这两者中成片成块的形成时间很长的污染。虽然如此，石油产品对空气的污染是非常严重的，对空气相对于水体更具有流动和扩散性，治理更加困难。到目前为止，对于石油产品对空气污染还没有一种很好的治理方法，局限于采用控制油气排放等措施，如制定汽车尾气排放标准等，而具体的污染治理方法还有待于人类进行探讨和研究。
【参考文献】
1．陆光华．石油烃类污染土壤的生物修复技术研究进展．河海大学环境科学与工程学院学报，2004-1-3．
2．吕贤弼．地下水污染的根源及防治．中国水利，1999,（3）．
3．于勇．受石油污染地下水的臭氧处理技术研究．工业用水与废水，2003,（12）．
aymzj 2007-8-4 08:57
不错的一篇帖子！！！
与人们的生活息息相关！！！！！感谢分享！！！！
:P :lol