多相抽提—原位微生物 聯(lián)合修復(fù)石油烴污染土壤的技術(shù)

高耘飛(上海申環(huán)環(huán)境工程有限公司，上海 200092)

0 引言

這些年發(fā)展以來，我國的社會經(jīng)濟(jì)在經(jīng)過長期的超高速發(fā)展后，使我國社會經(jīng)濟(jì)、財(cái)富極其吩咐，但也同時(shí)遏制了我國的生態(tài)環(huán)境的發(fā)展。目前，隨著社會生態(tài)文明建設(shè)的發(fā)展與提升，老百姓追求生活質(zhì)量、品質(zhì)的欲望更強(qiáng)，民眾對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)意識日漸增強(qiáng)，在城市群的產(chǎn)業(yè)更新?lián)Q代之時(shí)，老舊重點(diǎn)工業(yè)城市的生產(chǎn)制造業(yè)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)更新，在過往的生產(chǎn)活動中，造成了土壤石油烴污染等有機(jī)物污染風(fēng)險(xiǎn)[1]。現(xiàn)階段，國家對生態(tài)環(huán)境的重視也日益增加，土壤污染治理工程也是現(xiàn)如今較熱門的事件，也頻頻成為社會民眾討論的問題[2-3]。對石油烴污染土壤的治理，傳統(tǒng)的物理化學(xué)處理方法、植物修復(fù)技術(shù)、微生物修復(fù)技術(shù)等單一修復(fù)方法不僅可能會造成二次污染，處理成本高，同時(shí)處理周期也較長，導(dǎo)致修復(fù)治理不徹底，還會增加經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。本文主要分析了目前石油烴污染土壤修復(fù)技術(shù)的研究概況以及論述了多相抽提和原位微生物聯(lián)合修復(fù)石油烴污染土壤技術(shù)的研究及進(jìn)展，以便于能夠?yàn)槭蜔N污染的土壤治理修復(fù)技術(shù)研究、擴(kuò)大實(shí)際工程施工應(yīng)用等提供參考。

1 土壤石油烴污染修復(fù)技術(shù)

現(xiàn)階段，國內(nèi)外針對石油烴產(chǎn)生的土壤污染所采用的修復(fù)治理技術(shù)均進(jìn)行了很多的研究以及現(xiàn)場實(shí)際試驗(yàn)應(yīng)用，主要的修復(fù)技術(shù)可以分成三個(gè)大類：物理、化學(xué)修復(fù)治理技術(shù)，植物修復(fù)治理技術(shù)和微生物修復(fù)治理技術(shù)[4]。

1.1 物理、化學(xué)修復(fù)技術(shù)

物理、化學(xué)修復(fù)技術(shù)常規(guī)做法是使用物理的方式以及化學(xué)反應(yīng)的方式，以此種方式來對土壤中的石油烴污染物質(zhì)進(jìn)行去除的技術(shù)手段。

采用物理的修復(fù)方法在形式上歸于一般傳統(tǒng)方法，通常情況下有這兩類：

一是吸附、翻拋、客土和多相抽提，但是采取這種方式方法從土壤中實(shí)際情況來看，沒有減少土壤中的石油烴的量，只能把這當(dāng)作一種從這轉(zhuǎn)移到那的過程。擾動和翻動污染的土壤，或者往污染土壤中添加新鮮客土這種經(jīng)典的常規(guī)做法在現(xiàn)階段也已經(jīng)落后淘汰了。吸附作用是指采取利用活性炭等具備吸附石油烴作用的材料，能夠?qū)⑽廴镜耐寥乐惺蜔N轉(zhuǎn)換出來。多相抽提技術(shù)本身就是一種對土壤生態(tài)環(huán)境有益的修復(fù)治理技術(shù)，不僅投資較低、土壤擾動小、修復(fù)效率較高、修復(fù)的范圍較大、占地面積較小而且可以處理高濃度的污染土壤等優(yōu)點(diǎn)，并且可以同時(shí)對污染范圍內(nèi)的土壤氣體、地下水、非水相液態(tài)污染物等一并修復(fù)治理[5-6]。

二是現(xiàn)階段較為常用的對石油烴污染土壤進(jìn)行熱脫附，是指將土壤經(jīng)過直接接觸或者間接接觸的方式熱升溫，土壤中石油烴經(jīng)過高溫?fù)]發(fā)出來[7]，楊振等[8]研究在300 ℃條件下處理石油烴浸提土壤，熱脫附4 h去除率可達(dá)93.8%。土壤的加熱高溫處理，經(jīng)過工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，熱升溫過程中，升高的溫度才是該技術(shù)見效的較根本的因子，在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)150～350 ℃的狀態(tài)下，已經(jīng)可以使石油烴揮發(fā)出來，當(dāng)繼續(xù)對土壤加熱升溫到而400 ℃及以上的時(shí)候，不僅可以使得石油烴揮發(fā)出來而且可以使得石油烴發(fā)生分解，同時(shí)生出石油烴熱解的氣體和固體的形態(tài)碳[9]。

化學(xué)修復(fù)的方法是指向污染的土壤中添加合適的化學(xué)藥劑，使其與土中現(xiàn)存的目標(biāo)污染物質(zhì)發(fā)生既定的化學(xué)反應(yīng)作用效應(yīng)，從而使用這種方法能夠達(dá)到修復(fù)的目的。此種方式辦法通常情況下發(fā)生的作用時(shí)間很短，且能夠得到的預(yù)計(jì)目標(biāo)也好等等優(yōu)點(diǎn)，但是，在一般的施工項(xiàng)目中會受到化學(xué)反應(yīng)的條件所限制，就像有些項(xiàng)目上采取芬頓修復(fù)有機(jī)物的時(shí)候，原先的土壤性質(zhì)和條件都一樣，但是在對污染土壤處理后檢測發(fā)現(xiàn)，處理后的土壤經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)石油烴被去除了約50%～60%，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生這種變化主要是因?yàn)橥寥赖膒H不同[10]。采取添加化學(xué)藥劑來進(jìn)行修復(fù)時(shí)，雖然修復(fù)效果顯著，但是會存在破壞原有土壤中的結(jié)構(gòu)，對土壤中存在的微生物的種群、種類的構(gòu)成等會由于發(fā)生一些條件的變化同時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，會對土壤中的植物的生產(chǎn)產(chǎn)生遏制的作用，對植物生長產(chǎn)生壞的影響等。Chen等[11]曾通過研究過高猛酸鉀鹽類、雙氧水及過硫酸鈉鹽類投加到被柴油污染過的土壤后，并對處理后的土壤的進(jìn)行檢測效果，對比發(fā)現(xiàn)使用原位化學(xué)氧化處理的土壤中的石油烴的去除率在48%～93%之間，經(jīng)過上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比，發(fā)現(xiàn)使用過硫酸鈉的治理后的效果最好(＞93%)，此外還發(fā)現(xiàn)，使用過硫酸鈉鹽類來進(jìn)行修復(fù)的對土壤中的微生物生長的遏制比較明顯，發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用過硫酸鈉鹽類投加量為1%、3%、5%的時(shí)候，土壤中的富存的細(xì)菌豐度從1.1×104CFU/g分別減少到1.0×103CFU/g、1.0×103CFU/g和1.2×102CFU/g，在5 d的反應(yīng)作用時(shí)間內(nèi)。

1.2 植物修復(fù)技術(shù)

植物修復(fù)技術(shù)是指通過植物來對土壤中污染物進(jìn)行代謝的技術(shù)[12]，一般都是經(jīng)過植物對石油烴物質(zhì)的積累、代謝和轉(zhuǎn)化，使用土壤中本身的復(fù)合體(土壤—植物—土著微生物組成)，協(xié)同聯(lián)合作用，強(qiáng)化土壤中的石油烴德降解能力，以此來完成土壤中石油烴去除降解的作用，其過程機(jī)制包括：

(1)植物作用的吸收及代謝[13]。土壤中的植物的根系能夠?qū)κ蜔N進(jìn)行富集，再通過自身的代謝作用以及礦化等一些作用反應(yīng)成一些小分子物質(zhì)，例如：H2O、CO2等。

(2)土壤中植物的根系產(chǎn)生的分泌物會發(fā)生降解的反應(yīng)作用[14]。土壤中生長的植物，它自身的根系部位會分泌一些物質(zhì)，可以來為存在的微生物提供基質(zhì)，而且分泌物中含有的一些酶類能夠?qū)ξ⑸锛涌旖到?，像還原性質(zhì)的酶有硝酸還原性質(zhì)的、去除氯代烴的等。土壤中存在的石油烴，一般情況下疏水性都比較強(qiáng)，能夠與土壤中的顆粒物相結(jié)合，從而形成石油烴的老化作用，然后土壤中的生長的植物，其自身的根系產(chǎn)生的分泌物中通常會有小分子物質(zhì)，例如：草酸、檸檬酸等，能夠?qū)ν寥乐械氖蜔N進(jìn)行溶解，以此來達(dá)到將其從土壤中去除的目的[15]。

(3)土壤中的生長的植物的根系會與微生物產(chǎn)生共修復(fù)效應(yīng)[16]。土壤中的植物，其生長的根系能夠與土壤中現(xiàn)存的真菌物質(zhì)的菌絲協(xié)同作用發(fā)展，會生長成菌根，與此同時(shí)，土壤中的污染物質(zhì)能使得真菌在一些條件下生產(chǎn)出特殊的酶，因此也會增加一些污染物質(zhì)的降解能力。

1.3 微生物修復(fù)技術(shù)

利用微生物修復(fù)的技術(shù)一般解釋為通過土壤中現(xiàn)有的微生物來進(jìn)行物質(zhì)的分解降解作用，把土壤中的石油烴作為碳源來提供能量進(jìn)行分解。這種方式的目的性強(qiáng)且方便快捷，基本不會有次生污染產(chǎn)生等優(yōu)點(diǎn)，該方法具有經(jīng)濟(jì)性、對生態(tài)友好、環(huán)境可持續(xù)。目前，利用微生物來修復(fù)治理土壤的技術(shù)經(jīng)常分作原位、異位的方式，根據(jù)大量的施工項(xiàng)目可知，只采用微生物來修復(fù)，項(xiàng)目的周期會很長，效率低下，慣用做法是多種方式并進(jìn)等來提高效率，其中，在土壤中添加一些促進(jìn)物質(zhì)、能提高激活作用等外源的物質(zhì)，能使得土壤中的微生物繁衍速度加快，從而達(dá)到原位修復(fù)石油烴污染土壤的效果。與原位不同的是，采取異位修復(fù)后發(fā)現(xiàn)，去除效果很一般，且在實(shí)際施工過程中程序繁瑣，還會增加額外的資金使用，目前來看趨勢大多是原位修復(fù)的多了。

2 多相抽提和原位微生物復(fù)合修復(fù)技術(shù)

污染土壤中的石油烴如果僅是靠著土壤中的本身的微生物以及添加的額外的降解菌，一般也會出現(xiàn)周期長的情況，實(shí)際施工可操作性不行，所以現(xiàn)階段有研究學(xué)者會將這種技術(shù)與其他的技術(shù)一起復(fù)合使用，例如電動—微生物復(fù)合修復(fù)[17]、化學(xué)氧化—微生物復(fù)合修復(fù)、多相抽提—原位微生物聯(lián)合修復(fù)等。其中多相抽提—原位微生物多重聯(lián)合處理石油烴污染的土壤，尤其是對于存在非水相液體污染的現(xiàn)場，簡單最直接的污染修復(fù)方法是從源頭上去除自由相的污染源。而多相抽提方法能夠?qū)崿F(xiàn)直接消除NAPL污染，通過使用真空抽提、提取等手段，與此同時(shí)將污染范圍的土壤中的有機(jī)氣體、地下水和油類物質(zhì)抽提到后端處理系統(tǒng)中再進(jìn)行多級分離、治理，以此來完成修復(fù)土壤中有機(jī)物的目標(biāo)，進(jìn)而能夠增強(qiáng)土壤中微生物對有機(jī)污染物質(zhì)的分解的效應(yīng)。多相抽提—原位微生物聯(lián)合修復(fù)不僅在不破壞土壤基本結(jié)構(gòu)的前提下，而且對污染土壤不造成攪動或移動[18]，該技術(shù)無需進(jìn)行土方開挖、轉(zhuǎn)運(yùn)土方，施工靈活簡便，修復(fù)資金投入相對較低，對土壤的原生生態(tài)環(huán)境的影響也很小，也可高效的完成污染物的去除。

3 結(jié)語

目前國內(nèi)對土壤中的石油烴污染的修復(fù)治理技術(shù)主推物理、化學(xué)修復(fù)治理技術(shù)，植物修復(fù)治理技術(shù)和微生物修復(fù)治理技術(shù)和復(fù)合多種修復(fù)治理技術(shù)。其中，微生物的修復(fù)技術(shù)在其本源上就有天然的經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)踐推廣好基本不會產(chǎn)生次生產(chǎn)物等特點(diǎn)，現(xiàn)階段該技術(shù)已經(jīng)成為石油烴污染的土壤修復(fù)治理技術(shù)的廣泛研究熱潮。但是目前對于比較單一的修復(fù)技術(shù)，復(fù)合多種修復(fù)技術(shù)協(xié)調(diào)作用可以讓不同的修復(fù)技術(shù)之間發(fā)揮各自優(yōu)點(diǎn)，而且對不同土壤環(huán)境的適應(yīng)性和修復(fù)后的效果可見性更直觀，因此可以被用來廣泛推廣實(shí)踐。盡管現(xiàn)階段對石油烴污染土壤采用多相抽提—原位微生物復(fù)合修復(fù)也有一些科學(xué)研究方面的報(bào)道，但至今應(yīng)用工程案例還很少，總體來看多相抽提—原位微生物聯(lián)合修復(fù)石油烴污染的土壤還需要在實(shí)際工程中應(yīng)用研究。