陜北黃土高原原油污染現狀及修復方法

王建文

[摘 要]本文以陜北黃土高原原油污染現狀為研究背景，分析了原油污染物的種類和來源，以及原油污染對土壤理化性質和人體健康的影響。討論了不同修復技術對原油污染土壤的修復原理和特點，提出種植優勢植物較適合黃土高原原油污染土壤修復。

[關鍵詞]黃土高原;原油污染;修復方法

[中圖分類號]S275.6 [文獻標識碼]A

隨著經濟社會的不斷發展進步，原油已成為人們日常生產、生活不可或缺的物質能源。陜北黃土高原區作為我國重要的能源基地之一，在原油的勘探、開采、煉制、貯運過程中，常常因操作不當、事故泄漏和鉆井廢渣、廢液處理不當，導致原油等烴類污染物進入土壤，堵塞土壤孔隙、降低生物多樣性、破壞土壤微環境。特別是原油中具有致癌、致畸、致突變等多環芳烴毒性物質進入土壤，因其具有較強的疏水性而在土壤中沉積，并隨食物鏈影響人體健康。因此，原油污染土壤已經成為一個世界性的環境問題。

本文針對陜北黃土高原原油污染現狀和特點，討論了植物修復技術對黃土區原油污染土壤修復的實用性。目前，甄麗莎等研究了黃土高原石油污染土壤微生物群落結構及其代謝特征，表明陜北黃土高原原油污染土壤具有良好的可生物修復性;陳立等采用原位生物修復技術對陜北石油污染土壤的試驗表明，地質微生態修復技術對陜北黃土區原油污染土壤修復的實用性;時騰飛等研究了胡枝子、紫穗槐、紫花苜蓿和沙打旺等灌草植物對油污土壤的修復效果;張麟君等通過研究植物體內原油污染的含量等指標，篩選出耐油較強的刺槐、側柏、小葉楊、狼牙刺、沙棘、冰草、紫穗槐和鐵桿蒿作為原油污染土壤修復的優勢種;王金成等采用金盞菊和微生物菌株進行聯合培養，對隴東黃土區油污土壤進行修復研究;王晨霞等研究了在油污土壤種植沙棘、刺槐等不同4種植物根系區微生物的多樣性，表明刺槐是植物—微生物聯合修復油污土壤的首選植物之一。

1 原油污染的來源

1.1 原油的理化性質

原油，又稱石油，是經過長期地質變化形成的天然有機物質，為黑褐色黏稠液態或半固體態可燃碳氫化合物的混合物，主要含有各種烷烴、環烷烴和芳香烴，以及部分瀝青質和膠質等。原油密度為0.8-1.0g/cm3，沸點為常溫500℃以上，難溶于水，可溶于有機溶劑。原油中烴類物質約占95%～99.5%（不含重稠油），其余為含氧、氮、硫、金屬等雜質的非烴化合物。烴類又可以進一步細分為烷基石油、中間基石油、環烷基石油、芳香基石油。按密度范圍分為輕質原油、中質原油和重質原油。目前，世界上消費的主要是輕質和中質油，組成元素一般為碳（83%～87%）、氫（11%～14%），其余為氮（0.02%～1.7%）、氧（0.08%～1.82%）、硫（0.06%～0.8%）及微量金屬元素（鎳、釩、汞、鐵等）。

石油污染物包含原油、原油類加工產品和各個環節產生的分解產物，其中苯、庚烷、苯并α芘、苯并α蒽等物質毒性較強、降解難度較大。在所有的原油污染物中，烷烴類是土壤的主要污染物，占主要成分的50%以上，多環芳烴類化合物為持久性有機污染物，屬于難被微生物降解的污染物。分子量較小的短鏈烷烴類易被微生物降解，而分子量大的長鏈烷烴和芳香烴較難被生物降解，對環境的影響較為持久。

1.2 原油污染的來源

原油污染物在油田開發、原油加工過程中的每一個環節都可能進入土壤環境，污染源具有分布廣、隨機性大、影響的綜合性、多重性等特點。土壤可承受的原油烴濃度為500mg/kg，超過這一濃度界限便可認定該土壤受到原油污染。李小立等研究了陜北燕溝和巴家河典型流域油田的土壤、地表水石油污染特征，表明陜北黃土油田土壤和地表水均受到不同程度的原油污染。原油污染的來源可分為直接和間接兩種：

（1）間接污染源。油田開采產生的含油泥漿、礦渣，采油鉆井、清洗檢修設備和原油脫水產生含油廢水，這些廢渣、廢水因處理不當、隨意堆積、雨水沖刷等進入土壤，造成污染。

（2）直接污染源。因自然、人為因素引起的事故污染。自然因素包括自然災害、井噴、設備故障、管道滲漏、運輸車輛交通事故造成的原油泄漏;人為事故包括人為造成采油設備、輸油管線破壞，運輸車輛事故等污染。

2 陜北黃土高原原油污染現狀及影響

2.1 污染現狀及特點

陜北地區作為我國重要的能源基地，現已探明原油儲量達11億噸。據統計，我國每年經各種途徑進入環境的原油約有60萬噸，陜北地區原油污染土壤面積已超過708.16萬公頃。安塞縣一處油井附近地表以下12-16cm處土壤中總石油烴（TPHs）濃度高達21426mg/kg，油井的油泥樣品中TPHs含量均超過60000mg/ kg，對于穩定運行5年左右的油井井場土壤，石油污染強度可達1000-100000mg/kg。石油油罐、油管儲存輸送也存在嚴重的泄漏問題，安塞縣某地罐底0-16cm處土壤中TPHs濃度達66160-21426mg/kg，油管泄漏處高達183828mg/kg（干土）。研究表明，黃土壤原油的最大檢出遷移深度為30cm，0-20cm土層石油烴含量明顯高于20-40cm土層石油烴含量，開采區落地原油污染主要集中在0-20cm表層中，這部分土層對植物的生長又最為重要。

另外，陜北黃土高原油井多為單井作業，分布散、面積廣，且油井多位于海拔較高的梁坡上，井場周圍通常坡面較陡，原油污染較易伴隨降雨和水土流失向流域下游轉移，導致污染面積進一步增加，生態系統進一步受到影響。

2.2 原油污染土壤造成的影響

陜北黃土高原位于西北干旱區，地貌以黃土梁峁、溝壑為主，地形高低起伏、支離破碎，主要為黃綿土，顆粒粒徑較小，表面吸附能力強。原油污染物進入土壤環境后發生一系列復雜的物理、化學及生物綜合反應，經過不斷遷移轉化過程，對土壤局部生態系統、經濟作物、人類健康會造成嚴重的影響。具體體現在以下幾個方面：

（1）堵塞土壤孔隙、改變土壤結構。因原油的密度小、黏著力強且乳化能力低，在土壤中易與土壤顆粒粘連，減小土壤的通透性。另外，大多數石油污染物呈疏水性，當大量的原油污染物黏附在土壤顆粒表面后，會使得土壤顆粒由親水性逐漸變為親油性，進一步降低土壤質量和通透性。

（2）影響植物根系呼吸及吸收作用。原油污染物會附著在植物的根系表面，形成黏膜，抑制根系的呼吸作用和對營養物質的吸收，進一步造成植物根系的腐爛，影響植物生長。

（3）污染地下水環境。不易被土壤顆粒吸附的原油污染物可隨地表徑流和土壤水分的移動逐漸下滲到地下水環境中，造成地下水污染。

（4）與土壤中營養物質結合。石油中富含的反應基能與無機氮、磷結合，限制硝化作用和脫磷酸作用，降低土壤中的有效磷、氮含量，進而影響植物的營養吸收。

（5）改變土壤中的微生物群落。原油污染可引起土壤中各種微生物種群活細胞數量、組成結構的變化，導致土壤微生物群落和區系發生變化。

（6）通過食物鏈富集，影響人體健康。原油中所含的多環芳烴具有致癌、致畸和致變等作用，這些組分可以通過生物鏈在動、植物體內逐級富集，最終進入人體，影響人體健康。潘峰等研究了在油污土地種植油菜、小麥和蘋果等農作物監測原油有機污染物的變化情況，表明土壤中的原油污染物可以轉移到植物體內，富集在末端組織，通過食物鏈進入人體。

3 原油污染土壤修復方法

3.1 現有常用修復方法

目前，原油污染土壤修復方法可分為：物理修復、化學修復、生物修復和綜合修復。

（1）物理修復法。其機理是將原油污染物通過物理變化過程進行轉移，但不能從根本上解決問題;如處理不當還會引起二次污染。目前，主要包括加熱處理法、隔離法、置換法、焚燒法、濃縮干化法、吹脫法等，這些方法多運于應對突發事件。

（2）化學修復法。該方法主要是通過添加淋洗液、表面活性劑或其他沖洗助劑來洗滌原油污染土壤等，改變土壤與原油污染物之間黏著力，使得原油污染物進入到淋洗液中，從而達到修復的目的。其中，溶劑萃取技術因在短時間內可快速有效地去除土壤中的有機污染物質而被廣泛應用。常用的方法還有表面活性劑淋洗技術、化學氧化技術和光催化技術等。

（3）生物修復法。該方法是利用微生物、植物的代謝活動降解或遷移土壤中的原油污染物，從而使得受污染土壤恢復的過程。生物修復與化學、物理修復方法相比，因具有修復費用低、無二次污染的優點而被廣泛應用。但存在修復周期長、影響因子復雜的特點，且對被修復土壤的環境條件要求也較高。

（4）綜合修復方法。近年來，各種綜合修復技術相結合的修復技術得到了廣泛的研究和應用，如溶劑萃取-化學氧化聯合修復、微生物-植物聯合修復、溶劑-表面活性劑聯合修復等方法。其中，植物-微生物聯合修復被認為是最具有發展潛力的生物修復技術，植物及其根際微生物形成共生關系，通過呼吸代謝作用相互促進有機污染物質的降解。

3.2 陜北黃土高原原油污染土壤修復方法

（1）植物修復方法：陜北黃土高原原油污染土壤多為灌草地，能夠耐受原油污染的灌草植物是當地土壤修復的首選方法，特別是本身就能改良土壤的豆科灌草。一是植物可直接吸收有機污染物，并在其組織中積累無毒性的代謝物;二是植物根系釋放到土壤中的酶可直接降解部分化合物。研究表明，在陜北黃土高原種植冰草、鐵桿蒿、狼牙刺、沙棘、檸條、紫穗槐、毛苕子和紫花苜蓿可作為原油污染土壤修復的優勢耐性植物。山寶琴等選取了6種適應陜北生長的豆科植物，分析不同濃度原油污染土壤中植物的長勢表明，黃綿土-紫花苜蓿-低濃度污染和黃綿土-刺槐-高濃度污染兩個組合對油污土壤修復具有較大潛力。

（2）微生物修復方法：陜北黃土高原原油污染土壤具有良好的可生物修復性，可通過外投氮、磷等營養元素，刺激土著石油降解菌的生長，提高原油污染物降解速率。但是，微生物菌株受環境影響較大，成活率低，穩定性差，成為微生物修復技術的明顯弊端，且目前主要停留在實驗研究階段，大規模工程化應用仍較少。

4 結語

原油在開采、儲存和運輸過程中，因自然和人為因素導致原油污染物進入土壤環境，破壞土壤結構，影響生物種群，危害人體健康。針對陜北黃土高原原油污染現狀和環境特點，植物修復技術具有處理成本低、吸收污染物的生物量大且美化環境等優點，建議在陜北原油污染土壤種植冰草、鐵桿蒿、狼牙刺、沙棘、檸條、紫穗槐、毛苕子和紫花苜蓿等優勢耐性植物。

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