石油污染治理技術(shù)綜述

郭峰(國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)東部原油儲(chǔ)運(yùn)有限公司日照輸油處，山東 日照 276800)

0 引言

隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，人類對(duì)能源的需求不斷增加，石油作為重要能源之一，被世界各國(guó)廣泛開發(fā)利用。石油在勘探、裝卸、儲(chǔ)運(yùn)、石油產(chǎn)品加工及使用過程中均會(huì)產(chǎn)生污染物的排放和泄漏，污染生態(tài)環(huán)境，如：空氣、土壤、地下水、海洋環(huán)境等[1]。治理石油污染的常用方法有物理法、化學(xué)法及生物修復(fù)法，由于土壤和水體本體特性差異較大，且污染形式存在很大差別，因此相應(yīng)的治理方法也有所不同，且單一處理技術(shù)由于其本身的局限性很難達(dá)到理想的處理效果，因此綜合運(yùn)用多種處理技術(shù)提高石油污染治理效果顯得尤為必要。本文概述了石油污染的危害，重點(diǎn)總結(jié)了土壤石油污染和水體石油污染修復(fù)技術(shù)，以期為治理石油污染提供理論依據(jù)和方法借鑒。

1 石油污染概述

石油是一種深褐色液體，質(zhì)地粘稠，是各種烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴的混合物。石油污染來源廣泛，如石油勘探過程中產(chǎn)生的鉆井液體材料污染、含油礦渣污染及重金屬和放射性物質(zhì)污染等，原油儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施如原油長(zhǎng)輸管道、儲(chǔ)罐、油輪、罐車等泄漏產(chǎn)生的污染，石油泄漏少則幾十噸，多則上千噸，會(huì)嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境。石油污染對(duì)環(huán)境的危害是不可逆的，且污染物會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生嚴(yán)重威脅，破壞人與自然的和諧發(fā)展。為踐行綠色發(fā)展理念，推動(dòng)石化行業(yè)安全穩(wěn)定運(yùn)行，有效控制石油污染顯得尤為必要。

1.1 石油對(duì)大氣環(huán)境的污染

原油揮發(fā)產(chǎn)生的油氣揮發(fā)物與氮氧化物、碳?xì)浠衔锏扔泻怏w被紫外線照射后，發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，生成光化學(xué)煙霧，會(huì)嚴(yán)重破壞大氣環(huán)境。原油揮發(fā)產(chǎn)生的氣體主要為烴類氣體，其密度比空氣大，因此浮于地表，而大量烴類氣體聚集極易引起人類窒息。此外，碳?xì)浠衔锖偷趸锏纫淮挝廴疚镌谧贤夤庾饔孟掳l(fā)生光化學(xué)反應(yīng)生成二次污染物后，與一次污染物混合會(huì)形成有害的光化學(xué)煙霧。光化學(xué)煙霧可隨氣流漂移數(shù)百公里，使遠(yuǎn)離城市的農(nóng)作物也受到損害。光化學(xué)煙霧對(duì)大氣的污染造成很多不良影響，不但對(duì)動(dòng)植物有影響，甚至對(duì)建筑材料也有影響，并且大大降低能見度影響出行。

1.2 石油對(duì)土壤的污染

石油對(duì)土壤的污染主要來源于井下作業(yè)、采油、化工廠、煉油廠和油庫(kù)等，石油的主要成分有烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)等，這些有毒有機(jī)物進(jìn)入土壤，會(huì)對(duì)土壤的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)產(chǎn)生很大影響，從而對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生持久影響。土壤中石油污染物會(huì)嚴(yán)重影響土壤質(zhì)量，降低土壤氧氣、養(yǎng)分、保水能力等，對(duì)植被和土壤微生物產(chǎn)生直接毒害作用，還可能通過食物鏈進(jìn)入人和動(dòng)物體內(nèi)，嚴(yán)重危害人體健康[2]。

1.3 石油對(duì)水體的污染

隨著石油工業(yè)的發(fā)展及石油產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用，石油對(duì)地下水、江河湖泊及海洋水體的污染日益突出，石油污染水體來源廣泛，主要有石油化工污水、油氣田開發(fā)廢水、成品油輸油管線泄漏、軋鋼廢液等。此外，食品加工業(yè)、紡織業(yè)、洗車業(yè)等行業(yè)產(chǎn)生的石油也會(huì)對(duì)水體產(chǎn)生污染。在環(huán)境等因素的作用下，油類污染物在水體中的存在狀態(tài)大致分為五種：浮油、分散油、乳化油、溶解油、吸附油，油類污染物進(jìn)入水體后，會(huì)在水體表面形成厚度不一的油膜，據(jù)測(cè)定，每噸石油能覆蓋約5.0×106m2的水面，油膜會(huì)導(dǎo)致水中溶解氧含量急劇下降，影響水體的自凈作用，造成水生生物大量死亡，使水生生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞[3]。油類污染物還可進(jìn)入地下水系，影響居民生活用水及農(nóng)業(yè)灌溉等，此外，浮油還可萃取分散于水中的氯烴和聚氯聯(lián)苯等，直接毒害水生生物。

由此可見，石油類污染物對(duì)環(huán)境的危害是不容忽視的，石油污染治理是當(dāng)今社會(huì)急需解決的問題，石油污染治理技術(shù)的研發(fā)顯得尤為必要。

2 石油污染治理技術(shù)

隨著石油污染的不斷加劇，治理石油污染迫在眉睫，當(dāng)下各國(guó)均在積極探索治理石油污染的良方，常用方法有物理法、化學(xué)法及生物修復(fù)法，由于土壤和水體本身性質(zhì)相差較大，且被污染形式差別較大，因此相應(yīng)的治理方法也有所不同。石油污染治理技術(shù)的選擇還應(yīng)充分結(jié)合被污染區(qū)域綜合環(huán)境、處理時(shí)效、處理成本及可操作性等。此外，綜合應(yīng)用多種處理方法可突破單一處理技術(shù)的局限性，以期達(dá)到理想的治理效果。

2.1 物理修復(fù)技術(shù)

2.1.1 土壤石油污染物理修復(fù)

石油污染土壤的物理修復(fù)是指通過超聲波清洗法、土壤替代法、焚燒法、隔離法等物理手段控制和修復(fù)石油污染的技術(shù)。超聲波清洗法是利用超聲波在液體中產(chǎn)生的空化作用破壞油類污染物質(zhì)與土壤的結(jié)合，使石油污染物從土壤顆粒上脫附的一種方法。土壤替代法是指用潔凈土壤替代受污染土壤的方法，該方法只是進(jìn)行了污染的轉(zhuǎn)移而無法消除污染，適用于受污染面積較小且污染嚴(yán)重的土壤。焚燒法是指在高溫焚燒爐內(nèi)焚燒土壤以去除有機(jī)污染物，并能將有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化成可利用熱能的方法，此法對(duì)石油污染物去除效果較好但是極易造成二次污染，處理費(fèi)用較高且安全環(huán)保性較低，不適合大范圍使用。隔離法是指利用惰性材料將受污染土壤與環(huán)境隔離，以阻止污染物擴(kuò)散的方法，此法無法消除土壤污染，適用情況較局限，因此采用物理修復(fù)技術(shù)處理土壤污染效果欠佳。

2.1.2 水體石油污染物理修復(fù)

處理含油污水的物理方法主要有吸附法、氣浮法、膜分離法等。吸附法是利用比表面積較大的吸附材料吸附水中油類物質(zhì)，常用活性炭作為吸附材料，其吸附容量一般為30～80 mg/g，成本高，再生困難。氣浮法是通過向水中通入空氣，從而產(chǎn)生微細(xì)氣泡，油滴便會(huì)附著在氣泡上與氣泡一起浮到水面，使得油滴與懸浮物質(zhì)分離，其分離效率高、處理效果好，但是處理工藝難度大[3-4]。膜分離技術(shù)是指在外界能量或化學(xué)位差的推動(dòng)下，通過膜的選擇透過性，對(duì)混合物進(jìn)行分離、提純以及濃縮富集的新型高效的分離技術(shù)，是國(guó)家“十二五”期間重點(diǎn)扶持的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，目前已成為當(dāng)今發(fā)展最好的高新技術(shù)之一。膜分離方法有微濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)、反滲透(RO)、電滲析(ED)、氣體分離(GS)、滲透氣化(PV)等，膜分離技術(shù)的主要缺點(diǎn)是膜易受污染，不易清洗，目前通過對(duì)膜材料改性研究得到的抗污染分離膜可有效緩解膜污染問題，提高膜分離效率。此外，光催化—膜分離技術(shù)研發(fā)得到的自清潔抗污染超濾膜具有更高的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益，但是相關(guān)技術(shù)研究仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，工程試驗(yàn)應(yīng)用較少。

2.2 化學(xué)修復(fù)技術(shù)

2.2.1 土壤石油污染化學(xué)修復(fù)

化學(xué)修復(fù)方法主要有化學(xué)氧化法、萃取法和洗滌法等?；瘜W(xué)氧化法是指通過添加氧化劑，使氧化劑與土壤中污染物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將污染物氧化成無毒或低毒物質(zhì)的方法，常用的氧化劑有芬頓試劑、高錳酸鹽、過硫酸鹽和臭氧等。其中，芬頓反應(yīng)成本低、二次污染小，是治理土壤石油污染的重要手段，但是芬頓反應(yīng)過程中放出的熱量會(huì)導(dǎo)致土壤溫度升高，從而破壞土壤理化性質(zhì)，造成土壤板結(jié)，并且反應(yīng)過程中產(chǎn)生的OH-還可能會(huì)與Fe3+結(jié)合形成膠體或沉淀附著在土壤顆粒表面，使土壤滲透性降低。萃取法是利用相似相溶原理將污染土壤中的石油烴溶解到有機(jī)溶劑中，再進(jìn)行分液的方法。萃取法處理工藝復(fù)雜，對(duì)設(shè)備要求較高，需要在高壓條件下進(jìn)行，會(huì)產(chǎn)生二次污染，因此不適用于大面積土壤污染的治理。洗滌法是用表面活性劑、無機(jī)鹽、堿等化學(xué)洗滌劑將吸附在土壤顆粒表面的石油污染物解吸、脫附，通過重力沉降或離心分離方法將土壤、水、油三相分離。其中表面活性劑洗滌技術(shù)較溫和、安全，且二次污染小，但是單一表面活性劑洗滌效果較差，需要混合不同表面活性劑，而不同活性劑的復(fù)配效果不同，有待深入研究。

2.2.2 水體石油污染化學(xué)修復(fù)

處理含油污水的化學(xué)方法主要有混凝法、化學(xué)氧化法、電化學(xué)法等?；炷ㄊ侵冈诤臀鬯型斗呕炷齽褂土＞酆闲纬尚鯛钗?，從而去除油類污染物，無機(jī)混凝劑處理速度快，但投藥量大，污泥產(chǎn)生量大； 有機(jī)絮凝劑對(duì)污染物去除率較高，達(dá)99.5%以上，但成本較高?；瘜W(xué)氧化法一般是在催化劑作用下，用化學(xué)氧化劑如臭氧、芬頓試劑等處理有機(jī)廢水以提高其可生化性，或直接氧化降解廢水中有機(jī)物使之穩(wěn)定化，其與吸附法及生物法配合使用會(huì)達(dá)到較好的效果[5-6]。電化學(xué)法是以金屬鐵或鋁作為陽(yáng)極來處理含油廢水的方法，該法操作簡(jiǎn)單、浮渣量少、處理效果好，但其金屬耗量大、處理費(fèi)用較高。

2.3 生物修復(fù)技術(shù)

2.3.1 土壤石油污染生物修復(fù)

生物修復(fù)技術(shù)是利用微生物、高等植物或者動(dòng)物等生物生長(zhǎng)發(fā)育過程中的新陳代謝活動(dòng)吸收和降解污染物，從而使土壤環(huán)境的生態(tài)功能得到恢復(fù)的修復(fù)技術(shù)。該技術(shù)自從20世紀(jì)70年代出現(xiàn)，便因其修復(fù)效率高、成本低、不會(huì)對(duì)原土壤結(jié)構(gòu)造成較大改變及環(huán)保經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用研究。

生物修復(fù)技術(shù)主要有植被修復(fù)、微生物修復(fù)和植被-微生物聯(lián)合修復(fù)[7]。植被修復(fù)技術(shù)是利用植物根系的吸收轉(zhuǎn)化作用、植被自身生物轉(zhuǎn)化作用及植被根系微生物的作用將污染物吸收、降解的修復(fù)技術(shù)，污染物的物化性質(zhì)、植被的種類和部位、土壤理化性質(zhì)及土壤添加劑 都會(huì)影響植被修復(fù)效果，該技術(shù)在我國(guó)發(fā)展尚不成熟，需加強(qiáng)應(yīng)用研究。微生物修復(fù)技術(shù)是指利用微生物將土壤污染物降解為無毒無害的物質(zhì)，以降低污染物毒性，主要有堆肥法、生物強(qiáng)化法、生物刺激法等。由于微生物生長(zhǎng)需要在適宜的溫度范圍內(nèi)，溫度過高或過低都會(huì)影響微生物的生長(zhǎng)，極端環(huán)境甚至?xí)?dǎo)致微生物死亡，因此該修復(fù)技術(shù)受環(huán)境影響較大。單一的植被或者微生物修復(fù)效果不明顯，植被-微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)可以有效改善土壤修復(fù)效果。微生物生長(zhǎng)所需要的碳源、氮源等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可從植被的根系分泌物如糖類、酸類、醇類等物質(zhì)中獲取，從而提高微生物對(duì)污染物的降解能力，同時(shí)這種降解作用又促進(jìn)了植被對(duì)污染物的吸收和轉(zhuǎn)化，這種協(xié)同作用大大提高了土壤修復(fù)能力，該修復(fù)法技術(shù)也成為近年來最經(jīng)濟(jì)環(huán)保、最具潛力的土壤修復(fù)技術(shù)。

2.3.2 水體石油污染生物修復(fù)

水體石油污染生物修復(fù)方法有原位生物修復(fù)和異位生物修復(fù)[8]。原位生物修復(fù)是指在原位污染地對(duì)水體進(jìn)行生物修復(fù)處理，主要通過被污染地的土著微生物降解污染物，也可人為優(yōu)化降解條件或者添加微生物以提高修復(fù)效率，其主要優(yōu)勢(shì)是成本低、操作簡(jiǎn)便、環(huán)境友好等，但是處理時(shí)間長(zhǎng)，受微生物類型限制。異位生物修復(fù)需將被污染水體從污染地轉(zhuǎn)移，通過接種石油降解菌，添加營(yíng)養(yǎng)物、表面活性劑或共代謝基質(zhì)，種植植被等方法強(qiáng)化水體修復(fù)，以便控制修復(fù)過程，但是費(fèi)用較高、操作復(fù)雜。

2.4 聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

石油污染治理方法眾多，每種處理技術(shù)均有其顯著的優(yōu)勢(shì)及局限性，實(shí)際中單一的處理技術(shù)很難達(dá)到治理目的，需根據(jù)污染情況、污染物種類及環(huán)境條件等多種因素，采用多種技術(shù)聯(lián)合處理的方式，可有效提高治理效果。Valderrama C等[9]采用化學(xué)氧化結(jié)合生物降解的方式治理土壤石油污染，研究表明，當(dāng)氧化時(shí)間為900 min時(shí)，污染物的去除效率達(dá)50%，但是未發(fā)生生物降解，當(dāng)氧化時(shí)間調(diào)整為 180 min時(shí)，污染物的去除效率為37%，但是隨之發(fā)生了生物降解，使污染物總?cè)コ矢哂?0%。由此可見，化學(xué)氧化結(jié)合生物降解方式能夠顯著提高石油污染物的去除率。Zhong等[10]采用絮凝和陶瓷膜分離結(jié)合處理含油廢水，首先投加絮凝劑進(jìn)行預(yù)處理，然后將污水通過氧化鋯膜過濾處理，有效提高污染物處理效率，且減少了膜污染。由此可見，聯(lián)合修復(fù)技術(shù)適用范圍廣、處理效果好，可為處理復(fù)雜環(huán)境污染問題提供技術(shù)支撐，具有廣闊的應(yīng)用前景。

3 結(jié)論

隨著石油工業(yè)的發(fā)展和人們環(huán)保意識(shí)的提高，需不斷發(fā)展石油污染治理技術(shù)，持續(xù)創(chuàng)新優(yōu)化治理方法，突破原有技術(shù)瓶頸，創(chuàng)造較高經(jīng)濟(jì)環(huán)保效益的同時(shí)，不斷推進(jìn)環(huán)保技術(shù)發(fā)展，踐行“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展理念，創(chuàng)建綠色環(huán)保的經(jīng)濟(jì)發(fā)展體系。本文所論述的單一污染治理技術(shù)由于其本身的局限性很難達(dá)到理想的處理效果，因此物理法、化學(xué)法和生物修復(fù)法聯(lián)合使用將是未來發(fā)展的一大趨勢(shì)，現(xiàn)階段還相對(duì)缺乏有關(guān)的研究成果和工程應(yīng)用實(shí)例，因此需要加大研究力度，使相應(yīng)治理技術(shù)更加完善、高效和成熟。此外，控制石油污染最主要應(yīng)從源頭控制污染，從石油開采、運(yùn)輸、工業(yè)化生產(chǎn)到石油產(chǎn)品的使用，都應(yīng)做好污染防治措施，強(qiáng)化污染管控，加大培訓(xùn)力度，不斷提高人員操作技能，杜絕“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象，不斷提高人員設(shè)備搶修及事故處理能力，定期開展環(huán)保教育活動(dòng)，提高全員環(huán)保意識(shí)，以促進(jìn)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。