陕北黄土高原原油污染现状及修复方法

[摘 要]本文以陕北黄土高原原油污染现状为研究背景，分析了原油污染物的种类和来源，以及原油污染对土壤理化性质和人体健康的影响。讨论了不同修复技术对原油污染土壤的修复原理和特点，提出种植优势植物较适合黄土高原原油污染土壤修复。

[关键词]黄土高原;原油污染;修复方法

[中图分类号]S275.6[文献标识码]A

随着经济社会的不断发展进步，原油已成为人们日常生产、生活不可或缺的物质能源。陕北黄土高原区作为我国重要的能源基地之一，在原油的勘探、开采、炼制、贮运过程中，常常因操作不当、事故泄漏和钻井废渣、废液处理不当，导致原油等烃类污染物进入土壤，堵塞土壤孔隙、降低生物多样性、破坏土壤微环境。特别是原油中具有致癌、致畸、致突变等多环芳烃毒性物质进入土壤，因其具有较强的疏水性而在土壤中沉积，并随食物链影响人体健康。因此，原油污染土壤已经成为一个世界性的环境问题。

本文针对陕北黄土高原原油污染现状和特点，讨论了植物修复技术对黄土区原油污染土壤修复的实用性。目前，甄丽莎等研究了黄土高原石油污染土壤微生物群落结构及其代谢特征，表明陕北黄土高原原油污染土壤具有良好的可生物修复性;陈立等采用原位生物修复技术对陕北石油污染土壤的试验表明，地质微生态修复技术对陕北黄土区原油污染土壤修复的实用性;时腾飞等研究了胡枝子、紫穗槐、紫花苜蓿和沙打旺等灌草植物对油污土壤的修复效果;张麟君等通过研究植物体内原油污染的含量等指标，筛选出耐油较强的刺槐、侧柏、小叶杨、狼牙刺、沙棘、冰草、紫穗槐和铁杆蒿作为原油污染土壤修复的优势种;王金成等采用金盏菊和微生物菌株进行联合培养，对陇东黄土区油污土壤进行修复研究;王晨霞等研究了在油污土壤种植沙棘、刺槐等不同4种植物根系区微生物的多样性，表明刺槐是植物—微生物联合修复油污土壤的首选植物之一。

1 原油污染的来源

1.1 原油的理化性质

原油，又称石油，是经过长期地质变化形成的天然有机物质，为黑褐色黏稠液态或半固体态可燃碳氢化合物的混合物，主要含有各种烷烃、环烷烃和芳香烃，以及部分沥青质和胶质等。原油密度为0.8-1.0g/cm3，沸点为常温500℃以上，难溶于水，可溶于有机溶剂。原油中烃类物质约占95%～99.5%（不含重稠油），其余为含氧、氮、硫、金属等杂质的非烃化合物。烃类又可以进一步细分为烷基石油、中间基石油、环烷基石油、芳香基石油。按密度范围分为轻质原油、中质原油和重质原油。目前，世界上消费的主要是轻质和中质油，组成元素一般为碳（83%～87%）、氢（11%～14%），其余为氮（0.02%～1.7%）、氧（0.08%～1.82%）、硫（0.06%～0.8%）及微量金属元素（镍、钒、汞、铁等）。

石油污染物包含原油、原油类加工产品和各个环节产生的分解产物，其中苯、庚烷、苯并α芘、苯并α蒽等物质毒性较强、降解难度较大。在所有的原油污染物中，烷烃类是土壤的主要污染物，占主要成分的50%以上，多环芳烃类化合物为持久性有机污染物，属于难被微生物降解的污染物。分子量较小的短链烷烃类易被微生物降解，而分子量大的长链烷烃和芳香烃较难被生物降解，对环境的影响较为持久。

1.2 原油污染的来源

原油污染物在油田开发、原油加工过程中的每一个环节都可能进入土壤环境，污染源具有分布广、随机性大、影响的综合性、多重性等特点。土壤可承受的原油烃浓度为500mg/kg，超过这一浓度界限便可认定该土壤受到原油污染。李小立等研究了陕北燕沟和巴家河典型流域油田的土壤、地表水石油污染特征，表明陕北黄土油田土壤和地表水均受到不同程度的原油污染。原油污染的来源可分为直接和间接两种：

（1）间接污染源。油田开采产生的含油泥浆、矿渣，采油钻井、清洗检修设备和原油脱水产生含油废水，这些废渣、废水因处理不当、随意堆积、雨水冲刷等进入土壤，造成污染。

（2）直接污染源。因自然、人为因素引起的事故污染。自然因素包括自然灾害、井喷、设备故障、管道渗漏、运输车辆交通事故造成的原油泄漏;人为事故包括人为造成采油设备、输油管线破坏，运输车辆事故等污染。

2 陕北黄土高原原油污染现状及影响

2.1 污染现状及特点

陕北地区作为我国重要的能源基地，现已探明原油储量达11亿吨。据统计，我国每年经各种途径进入环境的原油约有60万吨，陕北地区原油污染土壤面积已超过708.16万公顷。安塞县一处油井附近地表以下12-16cm处土壤中总石油烃（TPHs）浓度高达21426mg/kg，油井的油泥样品中TPHs含量均超过60000mg/ kg，对于稳定运行5年左右的油井井場土壤，石油污染强度可达1000-100000mg/kg。石油油罐、油管储存输送也存在严重的泄漏问题，安塞县某地罐底0-16cm处土壤中TPHs浓度达66160-21426mg/kg，油管泄漏处高达183828mg/kg（干土）。研究表明，黄土壤原油的最大检出迁移深度为30cm，0-20cm土层石油烃含量明显高于20-40cm土层石油烃含量，开采区落地原油污染主要集中在0-20cm表层中，这部分土层对植物的生长又最为重要。

另外，陕北黄土高原油井多为单井作业，分布散、面积广，且油井多位于海拔较高的梁坡上，井场周围通常坡面较陡，原油污染较易伴随降雨和水土流失向流域下游转移，导致污染面积进一步增加，生态系统进一步受到影响。

2.2 原油污染土壤造成的影响

陕北黄土高原位于西北干旱区，地貌以黄土梁峁、沟壑为主，地形高低起伏、支离破碎，主要为黄绵土，颗粒粒径较小，表面吸附能力强。原油污染物进入土壤环境后发生一系列复杂的物理、化学及生物综合反应，经过不断迁移转化过程，对土壤局部生态系统、经济作物、人类健康会造成严重的影响。具体体现在以下几个方面：

（1）堵塞土壤孔隙、改变土壤结构。因原油的密度小、黏着力强且乳化能力低，在土壤中易与土壤颗粒粘连，减小土壤的通透性。另外，大多数石油污染物呈疏水性，当大量的原油污染物黏附在土壤颗粒表面后，会使得土壤颗粒由亲水性逐渐变为亲油性，进一步降低土壤质量和通透性。

（2）影响植物根系呼吸及吸收作用。原油污染物会附着在植物的根系表面，形成黏膜，抑制根系的呼吸作用和对营养物质的吸收，进一步造成植物根系的腐烂，影响植物生长。

（3）污染地下水环境。不易被土壤颗粒吸附的原油污染物可随地表径流和土壤水分的移动逐渐下渗到地下水环境中，造成地下水污染。

（4）与土壤中营养物质结合。石油中富含的反应基能与无机氮、磷结合，限制硝化作用和脱磷酸作用，降低土壤中的有效磷、氮含量，进而影响植物的营养吸收。

（5）改变土壤中的微生物群落。原油污染可引起土壤中各种微生物种群活细胞数量、组成结构的变化，导致土壤微生物群落和区系发生变化。

（6）通过食物链富集，影响人体健康。原油中所含的多环芳烃具有致癌、致畸和致变等作用，这些组分可以通过生物链在动、植物体内逐级富集，最终进入人体，影响人体健康。潘峰等研究了在油污土地种植油菜、小麦和苹果等农作物监测原油有机污染物的变化情况，表明土壤中的原油污染物可以转移到植物体内，富集在末端组织，通过食物链进入人体。

3 原油污染土壤修复方法

3.1 现有常用修复方法

目前，原油污染土壤修复方法可分为：物理修复、化学修复、生物修复和综合修复。

（1）物理修复法。其机理是将原油污染物通过物理变化过程进行转移，但不能从根本上解决问题;如处理不当还会引起二次污染。目前，主要包括加热处理法、隔离法、置换法、焚烧法、浓缩干化法、吹脱法等，这些方法多运于应对突发事件。

（2）化学修复法。该方法主要是通过添加淋洗液、表面活性剂或其他冲洗助剂来洗涤原油污染土壤等，改变土壤与原油污染物之间黏着力，使得原油污染物进入到淋洗液中，从而达到修复的目的。其中，溶剂萃取技术因在短时间内可快速有效地去除土壤中的有机污染物质而被广泛应用。常用的方法还有表面活性剂淋洗技术、化学氧化技术和光催化技术等。

（3）生物修复法。该方法是利用微生物、植物的代谢活动降解或迁移土壤中的原油污染物，从而使得受污染土壤恢复的过程。生物修复与化学、物理修复方法相比，因具有修复费用低、无二次污染的优点而被广泛应用。但存在修复周期长、影响因子复杂的特点，且对被修复土壤的环境条件要求也较高。

（4）综合修复方法。近年来，各种综合修复技术相结合的修复技术得到了广泛的研究和应用，如溶剂萃取-化学氧化联合修复、微生物-植物联合修复、溶剂-表面活性剂联合修复等方法。其中，植物-微生物联合修复被认为是最具有发展潜力的生物修复技术，植物及其根际微生物形成共生关系，通过呼吸代谢作用相互促进有机污染物质的降解。

3.2 陕北黄土高原原油污染土壤修复方法

（1）植物修复方法：陕北黄土高原原油污染土壤多为灌草地，能够耐受原油污染的灌草植物是当地土壤修复的首选方法，特别是本身就能改良土壤的豆科灌草。一是植物可直接吸收有机污染物，并在其组织中积累无毒性的代谢物;二是植物根系释放到土壤中的酶可直接降解部分化合物。研究表明，在陕北黄土高原种植冰草、铁杆蒿、狼牙刺、沙棘、柠条、紫穗槐、毛苕子和紫花苜蓿可作为原油污染土壤修复的优势耐性植物。山宝琴等选取了6种适应陕北生长的豆科植物，分析不同浓度原油污染土壤中植物的长势表明，黄绵土-紫花苜蓿-低浓度污染和黄绵土-刺槐-高浓度污染两个组合对油污土壤修复具有较大潜力。

（2）微生物修复方法：陕北黄土高原原油污染土壤具有良好的可生物修复性，可通过外投氮、磷等营养元素，刺激土著石油降解菌的生长，提高原油污染物降解速率。但是，微生物菌株受环境影响较大，成活率低，稳定性差，成为微生物修复技术的明显弊端，且目前主要停留在实验研究阶段，大规模工程化应用仍较少。

4 结语

原油在开采、储存和运输过程中，因自然和人为因素导致原油污染物进入土壤环境，破坏土壤结构，影响生物种群，危害人体健康。针对陕北黄土高原原油污染现状和环境特点，植物修复技术具有处理成本低、吸收污染物的生物量大且美化环境等优点，建议在陕北原油污染土壤种植冰草、铁杆蒿、狼牙刺、沙棘、柠条、紫穗槐、毛苕子和紫花苜蓿等优势耐性植物。

[参考文献]

[1] 李卓娅.陕北能源产业可持续发展的经济学分析[D].西北大学，2007.

[2] 甄丽莎等.黄土高原石油污染土壤微生物群落结构及其代谢特征[J].生态学报，2015（17）.

[3] 陈立，张发旺，张胜，等.陕北石油污染土壤原位生物修复技术试验研究[J].水土保持学报，2009（02）.

[4] 时腾飞，刘增文，田楠，等.黄土区石油污染对土壤及豆科灌草植物的潜在影响[J].草地学报，2013（02）.

[5] 张麟君，李凯荣，张晓阳.陕北黄土高原不同植物对有机污染物的吸收和积累[J].西北农林科技大学学报（自然科学版），2013（08）.

[6] 王金成，周天林，井明博，等.陇东黄土高原地区石油污泥原位修复过程中土壤主要肥力指标动态变化分析[J].环境科学学报，2015（01）.

[7] 王晨霞，韩刚，等.石油污染胁迫下植株根区土壤微生物多样性分析[J].西北农林科技大学学报（自然科学版），2014（10）.

[8] 陳诚.梳型聚硅氧烷原油破乳剂的合成与应用[D].陕西科技大学，2012.

[9] 辛蕴甜.石油降解菌的降解性能固定化及降解动力学研究[D].东华大学，2013.

[10]于齐.陕北石油区树草种枯落叶对油污土壤的修复效应[D].西北农林科技大学，2015.

[11] 高翀.石油类污染物在土壤中的吸附和解吸研究[D].哈尔滨工业大学，2008.

[12] 李小利，刘国，许明祥.陕北油田土壤和地表水石油污染特征[J].水土保持研究，2019（05）.

[13] 杨永哲.延河流域石油污染特征及采油废水处理技术研究[D].西安建筑科技大学，2000.

[14] 王孝奎.延长靖边钻采公司发展战略研究[D].西北大学，2008.

[15] 张妍.黄土区石油污染土壤的现状及其修复[J].商洛学院学报，2008（02）.

[16] 潘峰，梁俊宁，陈丽华，等.陇东黄土塬区农作物中石油有机质分布规律[J].兰州大学学报（自然科学版），2011（04）.

[17] 杜永亮.高浓度石油污染土壤溶剂萃取过程的研究[D].天津大学，2012.

[18] 山宝琴，张永涛，曹巧玲，等.6种陕北适生豆科植物生长对原油污染土壤的响应[J].环境科学，2014（03）.