劉亭亭  季嗚童  張志華
(1.大慶石油學(xué)院秦皇島分院,，河北秦皇島 066004,；2.北京師范大學(xué)燕化附屬中學(xué)，北京 102500）
摘 要：物理、化學(xué)技術(shù)在修復(fù)石油污染土壤過程中會(huì)造成二次污染,、改變土壤結(jié)構(gòu),，且成本高，在應(yīng)用上具有一定的局限性,。以生物技術(shù)為主的聯(lián)合修復(fù)是未來士壤修復(fù)的主要發(fā)展趨勢(shì),。文章介紹了石油污染土壤生態(tài)修復(fù)的概念及修復(fù)原理，指出土壤環(huán)境容量的確定是實(shí)施生態(tài)修復(fù)的基礎(chǔ),，植物,、微生物及其聯(lián)合修復(fù)是主要手段。通過對(duì)有效環(huán)境因子的監(jiān)控,、高效積累植物的篩選及基因工程等技術(shù),，必將使石油污染土壤的生態(tài)修復(fù)有更為廣闊的發(fā)展前景。
關(guān)鍵詞：石油污染物,；士壤污染,；生態(tài)修復(fù)
石油勘探與開發(fā)過程中的鉆井、井下作業(yè)和采油等環(huán)節(jié)以及井噴,、泄漏等偶然事故都會(huì)帶來卜壤的污染,。據(jù)資料，各油田每作業(yè)一次遺留于井場(chǎng)的落地油約為幾十到幾百kg,，單井落地原油污染面積可達(dá)0.5～2.1m²,，落地泥漿污染面積大約20m²，一次井噴造成的原油覆蓋面積達(dá)3000～4000 m²,。尤其是石油開采過程產(chǎn)生的落地原油,，已成為土壤重要的污染源。大慶油田開發(fā)建設(shè)以來,，已累計(jì)生產(chǎn)原油l8.2億t,，在油田生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的落地原油，落地原油在十壤中的遷移主要有橫向遷移和縱向遷移,。橫向遷移對(duì)十壤的污染成輻射狀分布,，污染強(qiáng)度隨污染源的距離增加而迅速降低，污染源周圍污染最重的區(qū)域在0-40m范圍內(nèi),，占總量90％以上,，橫向遷移范圍確定在150m以內(nèi)；落地原油縱向遷移絕大部分集中在距上壤表面0-10cm范圍內(nèi),，豎向遷移一般不超過70cm²,。
石油中的烴大體上分為烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴三類,，其中芳香烴毒性最大,。石油進(jìn)入土壤后造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和生態(tài)破壞：影響十壤的通透性,，降低土壤質(zhì)量；阻礙植物根系的呼吸與吸收,，引起根系腐爛，影響農(nóng)作物的根系生長,；使土壤有效氮,、磷的含量減少，影響作物的營養(yǎng)吸收,；石油中的多環(huán)芳烴有致癌,、致畸、致突變等作用,，能通過食物鏈在動(dòng),、植物體內(nèi)逐級(jí)富集，危及人類健康,；石油烴中不易被土壤吸附的部分能滲入地下井,，進(jìn)而污染地下水。
1 土壤石油污染的修復(fù)方法概述
土壤作為一種環(huán)境介質(zhì),，其本身具有一定的自凈能力,，但是當(dāng)污染超過一定閾值后，污染物便在土壤中出現(xiàn)累積,，同時(shí),，由于土壤具有一些獨(dú)特的性質(zhì)，如地域差異性,、生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜性和不可能流動(dòng)性等,，這就決定了十壤污染要比水或空氣污染更復(fù)雜、治理難度更大,。目前主要采取物理,、化學(xué)和生物三類處理方法。
1．1 物理處理
1．1．1焚燒法
要求溫度在815-1200℃之間,，通過焚燒鍛燒,，可凈化土壤中的大部分有機(jī)污染物，但同時(shí)亦破壞土壤結(jié)構(gòu)和組分,，且處理成本高,，實(shí)際應(yīng)用較困難，且對(duì)焚燒過程中可能產(chǎn)生有毒物質(zhì)要進(jìn)行收集處理,，因而不適用于處理大面積污染土壤,。
1．1．2 隔離法
采用粘上或其他人工合成的惰性材料，把被石油烴類污染土壤和周圍環(huán)境隔離開來,，只是暫時(shí)地防止了石油烴類的遷移,，不能作為永久的治理方法,。
1．1．3 換土法
換土法是用新鮮未受污染的：l 壤替換或部分替換原污染土壤，以稀釋原污染物濃度,，增加土壤環(huán)境容量,，以增強(qiáng)土壤的自凈能力。
1．2 化學(xué)處理
1.2．1 萃取法
使用有機(jī)溶劑對(duì)石油污染土壤中的原油進(jìn)行萃取,，然后對(duì)有機(jī)相進(jìn)行分離,，回收其中的原油，實(shí)現(xiàn)廢物的資源化,。此方法適于油污濃度較高的土壤,。
1.2.2 土壤洗滌法
將污染土壤破碎，混入足夠的水和洗滌劑,，通過洗滌除去土壤中的污染物,。但投加的化學(xué)試劑易引起土壤的二次污染，因而其應(yīng)用受到了限制,。
1.2．3化學(xué)氧化法
向被石油烴類污染的土壤中噴撒或注入化學(xué)氧化劑,，使其與污染物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)凈化的目的?；瘜W(xué)氧化法不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染,，但操作比較復(fù)雜。
1．3 生物修復(fù)技術(shù)
污染土壤的生物修復(fù)是指利用特定的生物(植物,、微生物或原生動(dòng)物)吸收,、轉(zhuǎn)化、清除或降解環(huán)境污染物,，實(shí)現(xiàn)環(huán)境凈化,、生態(tài)效應(yīng)恢復(fù)的生物措施。由于生物修復(fù)具有費(fèi)用低,、處理效果好,、對(duì)環(huán)境影響低、無二次污染,、不破壞植物生長所需要的上壤環(huán)境等優(yōu)點(diǎn),，其在污染土壤修復(fù)方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
2 土壤生態(tài)修復(fù)
對(duì)于土壤的石油污染,，僅依靠單一手段進(jìn)行修復(fù)仍存在很多問題,，如達(dá)不到修復(fù)要求、費(fèi)用過高,、修復(fù)后土壤的使用價(jià)值降低或喪失等,，因而綜合多種手段使得整個(gè)修復(fù)達(dá)到有效、低耗和安全是十分必要的,。在此要求下,，就提出了生態(tài)修復(fù)問題,。
2．1生態(tài)修復(fù)的概念和基本原理
2．1．1概念
生態(tài)修復(fù) 是指在生態(tài)學(xué)原理指導(dǎo)下，以廣義的生物修復(fù)(包括微生物修復(fù),、植物修復(fù),、動(dòng)物修復(fù)和酶學(xué)修復(fù))為基礎(chǔ)，結(jié)合各種物理修復(fù),、化學(xué)修復(fù)以及工程技術(shù)措施,，通過優(yōu)化組合和技術(shù)再造，使之達(dá)到最佳效果和最低耗費(fèi)的一種綜合的修復(fù)污染環(huán)境的方法,。
2．1 2基本原理
(1)生物法與物理和化學(xué)廳法優(yōu)化組合原理
傳統(tǒng)的修復(fù)方法巾，通常是將物埋和化學(xué)方法作為生物方法的輔助,，而生物修復(fù)是主體部分,，修復(fù)目標(biāo)最終嬰靠生物修復(fù)方法來實(shí)現(xiàn)。生態(tài)修復(fù)強(qiáng)調(diào)優(yōu)化組合．以獲得最快的修復(fù)效果,。
(2)土壤生態(tài)系統(tǒng)自凈功能的激活原理,。
土壤一植物系統(tǒng)在一定條件下對(duì)環(huán)境污染具有凈化作用。然而,，當(dāng)污染負(fù)荷超過 壤系統(tǒng)本身的凈化容量時(shí),，該功能將被鈍化甚至消失。人為強(qiáng)化,、激活土壤系統(tǒng)的凈化功能,，并實(shí)現(xiàn)同外加凈化功能的耦合，可使修復(fù)效率大大提高,。
(3)生態(tài)因子調(diào)控原理,。
生態(tài)因子調(diào)控是污染土壤修復(fù)的必要前提，是生態(tài)修復(fù)的基本特征,，是強(qiáng)化修復(fù)效果的重要手段,。生態(tài)因子町分為生物因子與非生物因子。其中非生物網(wǎng)子即環(huán)境因子,，包括營養(yǎng)鹽,、溫度、pH,、水分,、有害物質(zhì)濃度和靜壓力等。生物因子主要是生物之問的協(xié)同作用,。
2.2生態(tài)修復(fù)的實(shí)施
2．2．1研究確定土壤環(huán)境容量
污染土壤生態(tài)系統(tǒng)的自凈功能是生態(tài)修復(fù)的基礎(chǔ),，而其自凈能力的基礎(chǔ)在于土壤環(huán)境容量。但山于石油進(jìn)入土壤后降解較為迅速以及技術(shù)方面的原因,，土壤中石油物質(zhì)的定量測(cè)定具有一定復(fù)雜性,，給十壤背景值研究帶來了很大的困難,。這需要監(jiān)測(cè)技術(shù)和手段的不斷進(jìn)步，以計(jì)算得到更精確的土壤環(huán)境容量,。
2.2．2進(jìn)行植物修復(fù)
植物對(duì)有機(jī)污染土壤的生物修復(fù)作用主要表現(xiàn)在植物對(duì)有機(jī)污染物的直接吸收,，植物釋放的各種分泌物或酶類促進(jìn)有機(jī)污染物生物降解及強(qiáng)化根際微生物的礦化作用等方面”。在受污染七壤上種植對(duì)石油類物質(zhì)有耐受性的植被,，并施用肥料,，可大大加速十壤中石油類物質(zhì)的降解。
2.2．3 投加微生物肥料
微生物肥料是指從土壤和植物根際分離得到的有效菌,，經(jīng)篩選,、分離甚至基因重組，進(jìn)行菌種的優(yōu)化組合,，經(jīng)發(fā)酵培養(yǎng)與有機(jī)物泄合而制備的微生物制制,。高效、穩(wěn)定的微生物肥料能在上壤生態(tài)系統(tǒng)中與原土著有益菌形成優(yōu)勢(shì)菌群,，通過這種優(yōu)勢(shì)菌群的代謝,，可以形成新的微生態(tài)系統(tǒng)，降解石油污染物,。
2．2．4構(gòu)建植物一微生物聯(lián)合修復(fù)
在有植物生長時(shí),，其根系提供了微生物生長的最佳場(chǎng)所，而微生物的旺盛生長增強(qiáng)了對(duì)石油的快速降解,、礦化,。植物根區(qū)的菌根真菌與植物形成共生，并有著獨(dú)特的酶途徑,，用以降解不能被細(xì)菌單獨(dú)轉(zhuǎn)化的有機(jī)物,；植物根區(qū)分泌物剌激了細(xì)菌的轉(zhuǎn)化作用；植物還可為微生物提供生存場(chǎng)所并可轉(zhuǎn)移氧化,，是根區(qū)的好氧轉(zhuǎn)化作用能夠正常進(jìn)行,。
2．3 生態(tài)修復(fù)技術(shù)展望
2．3．1篩選高效降解植物
應(yīng)著重篩選對(duì)石油污染物質(zhì)具有較強(qiáng)耐受性和較高降解性的植物，提高超積累植物的生物量,。即理想的植物應(yīng)具有較強(qiáng)的生命力,，其發(fā)芽率應(yīng)不受污染物的影響或影響較小,；植物應(yīng)具有強(qiáng)大的根系,，能夠在污染物濃度較高時(shí)旺盛生長，并具有較大的生物量,。
2．3．2監(jiān)控有效環(huán)境因子
每種生物對(duì)影響共生長和活動(dòng)的環(huán)境均有一定耐受范圍,，如果條件超出這種范圍，就難以發(fā)生對(duì)污染物的生物降解作用,。生念修復(fù)是建立在生物對(duì)上壤污染物產(chǎn)生有效作用的基礎(chǔ)上,，因此外界條件如溫度,、pH、含氧量,、上壤水分,、土壤養(yǎng)分等對(duì)生物發(fā)揮這種有效作用有重要影響，因此需對(duì)修復(fù)過程巾有效環(huán)境因子的變化進(jìn)行監(jiān)控,。
2．3．3利用基因工程和細(xì)胞工程技術(shù)
利用基因工程和細(xì)胞工程技術(shù)創(chuàng)造出具備新的代謝途徑的“超級(jí)微生物”,，同時(shí)通過遺傳學(xué)和分子生物學(xué)對(duì)石油污染物作用下的微生物分子變異、微生物種群變異等進(jìn)行研究,。
3結(jié)論
由于石油的理化特征和環(huán)境行為,，使得石油污染土壤所涉及的修復(fù)問題成為環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域面臨的新課題，而生態(tài)修復(fù)是石油污染土壤修復(fù)發(fā)展的最新階段,，從該技術(shù)的前景來看,，生態(tài)修復(fù)將逐漸成為最優(yōu)化的一項(xiàng)綜合環(huán)境技術(shù)，在解決土壤污染問題上將成為根本的手段,。在未來應(yīng)用，還需進(jìn)一步注重對(duì)污染生態(tài)過程的研究,，選取更加敏感,、方便、有效和經(jīng)濟(jì)的指標(biāo)來表征修復(fù)的生態(tài)毒理效應(yīng),，運(yùn)用現(xiàn)代技術(shù)手段建立相應(yīng)的髓控程序,，同時(shí)要保證修復(fù)過程和結(jié)果必須是生態(tài)安全的。