石油烴污染土壤應急處置修復工程研究

姚文沖，王玉婷，劉 崗

（杭州科運環境技術有限公司，浙江 杭州 310015）

為了推動社會經濟的發展，輸油管線的數量在不斷增加，部分管線服役年限較長，內部出現腐蝕和老化情況，導致運行安全隱患多發，泄露的原油擴散到周圍土壤中，使土壤環境受到污染，以石油烴指標超標為典型特征，因而相關部門需要對沿線土壤進行清挖，堆放在管線兩端，經過管線修復和土壤降解后，再填回原處，使管線恢復正常運行。在受污染土壤應急處理中，多采用生物修復技術，依靠強化、刺激和通風等技術，在氧化劑、活化劑等藥劑的輔助作用下，加速微生物對TPH的凈化處理，最終達到預期修復效果。

1 石油烴污染土壤修復的關鍵技術

1.1 生物強化技術

該技術是通過加入外源微生物的方式，使石油烴污染得到改善和修復，技術人員可根據具體污染程度選擇單一或者多種微生物合成復合菌劑。通常情況下，與單一微生物相比，復合菌劑的降解速度更快、效果更理想。究其原因，在多種微生物聯合作用下更易形成降解體系。據調查，在石油烴污染修復中，分別加入單一和復合菌劑，觀察20 d后的降解效果，發現后者與前者相比降解率提高58%。該項技術的關鍵在于高效降解菌的選擇，可按照微生物的來源，將其分成土著強化、外源強化兩種，且前者更具優勢，降解率是后者的4倍左右。

1.2 生物刺激技術

該技術是將氮、碳、磷等營養物質加入土壤中，對微生物代謝進行刺激，增加其活性，以達到加速污染物降解的目標，應用較為頻繁的方式為加入營養物。前者對微生物產生的影響較大，因常規土壤環境中微生物的含量有限，難以達到石油烴降解的要求，需要額外增加營養物質的攝入，才可達到理想降解效果。據調查，在受石油烴污染的土壤中加入不同量的腐殖酸，可對生物修復效果產生不同的影響。在腐殖酸的作用下，土壤內的碳氮比得到調節，微生物利用率得以提升，在加入100 mg/g腐殖酸持續處理30 d后，發現與未加入腐殖酸的土壤相比，對石油烴的降解率可提高22%左右[1]。

1.3 生物通風技術

該方法是將空氣注入受石油烴污染的土壤內，為土壤中原本微生物的生長提供助力，加速石油烴的降解。據調查，采用生物通風技術對多種濃度的受污染土壤進行修復，發現石油烴污染濃度為10 g/kg時修復效果最為顯著，石油烴的去除率在66.0%左右。值得注意的是，該項技術的應用效果與土壤結構緊密相關，如果土壤結構不佳，將會影響空氣的進入，因而無法與污染土壤充分接觸。因此，在應用通風技術時，最好采用改良劑使土壤結構得到優化，使土壤更適宜應用通風技術。

2 石油烴污染土壤應急修復工程概況

2.1 基本情況

某場地的污染場地分為兩個區，A區為表層已清挖污染土，此處土壤因輸油管道泄漏受到污染，已將管線兩側污染土挖掘出來；B區是下層待清理的污染土壤，根據場地調查與風險評估，發現此類土壤的污染度超標。A區為粉質粘土，由第三方檢測機構鑒定后，發現石油烴污染濃度為3～5%，濃度最大值為44 355 mg/kg，pH值范圍為6～8，含水率在20～30%。B區同樣為粉質黏土，主要為TPH超標，最大濃度為32 542 mg/kg，土壤pH值為6～8，含水率為25～35%。該區域風險評估是以土壤污染評估技術規范為基準，單一污染物的致癌風險在10-6以內，可接受危害商為1。為了便于計算修復目標，在確保受體安全的情況下，還可使場地修復科學可行，將非致癌風險危害商設定為1，致癌風險水平為10-6，以此作為修復目標，與場地具體情況相結合，確定最終建議修復的目標值。根據風險評估結果可知，該區域受污染土壤內的TPH指標嚴重超標，需要開展應急修復工作，使周圍生態環境、人體健康得到保障。站在人文立場，遵循建設用地土壤污染管控規定，以第一類用地篩選值作為TPH污染土壤修復的最終目標值，也就是826 mg/kg。

2.2 技術選擇

該工程選用生物修復技術，通過為微生物供給氧氣、營養、調節外部環境等方式，加快土壤內石油烴的降解。從技術原理看，可分成生物強化、刺激與通風三種。其中，強化技術是加入具有代謝活性的工程菌，增強微生物種群性能，加速土壤內TPH的降解；刺激技術是通過加入肥料、改變pH值等方式，刺激原本土壤內微生物的生長，并依靠天然微生物加快TPH的降解；通風技術是利用土壤間隙注入氧氣，以達到加速降解的目的。在實際操作中，選擇加入營養鹽刺激微生物生長的方式，利用符合要求的復合營養鹽、有機碳源、營養油等，加工提取后成為生物修復的營養物，并將其用于石油烴污染土壤內，可使降解速度極大地提升。根據大量實踐，將該藥劑應用到小試試驗中，對TPH的修復效果明顯，在相同pH值、含水率、通風時間和藥劑量的情況下，將其加入受污染的土壤中45 d，可觀察到土壤顏色發生改變，經過90 d就可將土壤內石油烴的濃度降低到826 mg/kg以內，從而達到預定的修復目標[2]。

2.3 施工方案

該工程中生物修復藥劑的投入比為2%，將藥劑撒入受污染的土壤中，并用旋耕機將二者充分攪拌，以保持土壤結構良好，適宜通風操作，為微生物提供充足的氧氣量。在修復期間，需要定時安排專人負責灑水，使土壤含水量始終保持在35%左右，調節pH值至7左右。修復期間要密切觀察土壤的顏色，定期將修復樣品送入第三方機構進行檢測，掌握其修復成果，如果修復效果與要求不符，則要重新加入藥劑進行修復，直至土壤內的TPH濃度降低到826 mg/kg以內。該項目修復總量為4 952.5 m3，包括表層和下層污染土兩個區域，具體工程量見表1。

表1 修復工程量

3 石油烴污染土壤應急修復技術的實際應用

3.1 施工前的準備

在正式開展修復工程前，需要做好施工前的準備工作，包括施工設備、人員組織等。該項目采用ALLU篩分破碎鏟斗，將土壤內直徑超過50 mm的建筑垃圾、石塊等大體積的異物鏟出，完成固結土壤破碎，加強土壤與藥劑的充分融合，加速氧化反應，完成土壤篩分與破碎工作。因ALLU設備在土壤處理方面的均質性較高，鏟斗能夠在土壤內自由移動，不易受阻，使安全風險降低，且動力十足，可在受污染土壤內自由運行，確保了施工效率。此外，該項目采用通風機械為旋耕機，寬度為2 m，深度為30 cm，生產能力為3 hm2/h。該設備以拖拉機為動力源，具有耕地和整地等功能。在工程開展過程中，將機具與拖拉機懸掛機構相連，依靠傳動軸使設備動力與機具動力連接起來，旋耕刀的刀軸以螺旋線分布，在運行期間既可省力，還可確保土塊切削效果良好。刀具選擇耐磨類型，以硼鋼材質為主，并進行開刃處理，使破土率得到保障。在機具兩端最低處設置滑雪板，發揮限制深的功效，并設置鋸齒形結構，可根據實際情況靈活調節深度，確保旋耕設備在運行過程中始終在相同深度上運行，從而提高使用期間的穩定性[3]。

3.2 開展小試試驗

3.2.1 試驗過程

為了檢驗工程技術的可行性，在開展修復工程前需要進行小試試驗。該試驗是將活化劑和氧化劑加入受污染土壤內，其中氧化劑采用過硫酸鈉，濃度設定為1%和2%兩種，以氫氧化鈉為活化劑，濃度設定為10%和20%兩種。針對污染場地的A區和B區土壤與周圍土壤進行試驗，在污染土壤內選擇3個深度不同的點位，即0.5 m、1.0 m和1.5 m，對照土壤選擇兩個深度的點位，即0.5 m和1.0 m。在試驗期間，選取200 g土壤樣品，利用蒸餾水將其含水量調整到40%，根據試驗要求加入多種濃度的活化劑、氧化劑，與土壤充分攪拌后放入培養箱內，將溫度調至30 ℃，經過14 d的處理后，檢測土壤內TPH的濃度，利用氣相色譜法獲得相關數據。

3.2.2 試驗結果

表層土壤中TPH濃度為2 271 mg/kg，是目標值的2.75倍，使環境風險極大提升。將藥劑加入土壤后，在2%氧化劑和10%活化劑的模式下，TPH濃度達到最低，為635.2 mg/kg，與對照組相比降低72.5%。在深度為0.5～1.0 m土層內，污染土壤內石油烴的濃度達到1 174 mg/kg，與表層土壤相比降低了45.26%，但與對照組土壤相比，TPH的濃度仍為15.4倍，且濃度超過了目標值。加入2%的氧化劑和10%活化劑的藥劑后，土壤內的TPH濃度明顯降低，達到62.3 mg/kg，遠遠低于背景土壤和對照組中的濃度。在深度為1.0～1.5 m土層中，TPH的濃度為226.3 mg/kg，在加入藥劑后，TPH濃度值明顯降低，不足100 mg/kg，下降值超過對照組。由此可見，將氧化劑、活化劑加入受TPH污染的土壤后，可使不同深度土壤得到良好修復，但因藥劑添加比例不同，使得降解效果有所差異。加入1%的氧化劑時，隨著活化劑量的逐漸提升，修復效果也日益明顯，這與以往研究結果相同，也從側面檢驗了活化劑在TPH污染土壤中的應用價值，主要受氧化性自由基的影響。但是，加入2%的氧化劑時，隨著活化劑用量的逐漸增加，氧化劑的效能不增反減，這意味著在氧化劑較為充足的背景下，如果堿性物質含量過高，將會對氧化劑降解作用的發揮產生抑制作用。據調查，當pH值超過12時，便會產生大量·OH，使自由基數量減少，影響對土壤內TPH的降解效果，且在修復項目中如果活化劑的用量過多，也會使周圍土壤造成二次污染[4]。

根據研究可知，在受污染的土壤內，利用2%的氧化劑與10%的活化劑相結合的方式，可使深度為1.5 m的土壤中TPH濃度降到目標值內，特別是對于TPH污染嚴重的表層土壤，降解效果更加顯著，這是因為應用氧化技術時，氧化劑的揮發性良好，可提升修復效果。將氧化劑加入土壤中，可明顯提升土壤內硫酸根離子的濃度，pH值降低，但如果適當加入NaOH，就可使土壤性質變成中性或者弱堿性，從而減輕了對硫酸根的腐蝕。因此，在開展修復工程過程中，應注重土壤pH值的調節，遵循特定變化規律，合理控制藥劑的加入量。從整體看，該工程建議參數設定為加入2%的氧化劑、10%的活性劑，將土壤含水量調節到40%，持續養護14 d，可有效促進TPH的降解，取得預期修復效果。

3.3 優化修復流程

根據上述試驗結果，與施工現場受污染土壤實際情況相結合，利用化學氧化技術可確保修復目標的達成。因該項目為應急處理，需要綜合分析水電與人工成本，在生物修復的基礎上，以化學氧化技術為輔，提高污染修復效率，其優化流程如下：一是土壤清理，因項目清挖的受污染土壤以淺層土為主，且大部分帶有渣石，需要進行土壤篩分、破碎及預處理；二是創建防滲結構，由防滲系統和滲濾液外排系統構成，由下至上為基坑HDPE膜、土工布、填土層，外圍采用原土層包裹，結構上方為污染土壤，滲濾液排放系統由集水井、排水溝和石堆構成，在原土層四周挖掘排水溝，在溝底到排水溝外層的土層之間鋪設HOPE膜和土工布，再用石堆壓在土工布上，在溝內鋪設碎石，在溝外側的最佳位置設置集水井；三是添加藥劑，結合上述試驗結果，將土壤內投入濃度為2%的Na2S2O8和濃度為10%的NaOH，以石油烴為修復藥劑，在反應池內進行機械攪拌后，穩定2周；四是成果檢測。在養護完畢后，將土壤樣品運送到第三方檢測中心，若結果顯示“未通過”，需要重新加入藥劑進行降解；若結果顯示“通過”，可在土壤干化后重新填入原本位置，待場地內全部土壤均降解修復完畢后，便可申請竣工[5]。

3.4 修復效果

該項目經過TPH降解處理后，取得了理想的土壤修復效果。首先，基坑側壁與底部土壤內的TPH濃度降低到311 mg/kg以內，與目標值相比較低；經過修復后，回填土壤內TPH最高濃度為540 mg/kg，降解效果十分顯著，低于目標修復值，與試驗結果相同，這意味著在生物修復與化學氧化技術的雙重作用下，可使修復效果事半功倍。該項目在效果評估中得出，送檢土壤樣品的合格率為100%，經修復后的土壤內TPH含量與規定的第一類用地土壤目標值相符，滿足驗收要求。

4 結語

綜上所述，近年來因油氣管道泄漏導致土壤受原有污染的情況時有發生，以TPH超標為顯著特征，可通過生物修復技術提高原土中微生物對TPH的降解能力，將2%的過硫酸鈉氧化劑、10%的氫氧化鈉活性劑撒入受污染的土壤內，可改善1.5 m深度內的土壤環境，TPH濃度滿足規定要求。在未來的研究中，還應深入探索污染物遷移轉化與降解規律，使修復效果得到進一步增強。