石油烃污染土壤应急处置修复工程研究

姚文冲，王玉婷，刘 岗

（杭州科运环境技术有限公司，浙江 杭州 310015）

为了推动社会经济的发展，输油管线的数量在不断增加，部分管线服役年限较长，内部出现腐蚀和老化情况，导致运行安全隐患多发，泄露的原油扩散到周围土壤中，使土壤环境受到污染，以石油烃指标超标为典型特征，因而相关部门需要对沿线土壤进行清挖，堆放在管线两端，经过管线修复和土壤降解后，再填回原处，使管线恢复正常运行。在受污染土壤应急处理中，多采用生物修复技术，依靠强化、刺激和通风等技术，在氧化剂、活化剂等药剂的辅助作用下，加速微生物对TPH的净化处理，最终达到预期修复效果。

1 石油烃污染土壤修复的关键技术

1.1 生物强化技术

该技术是通过加入外源微生物的方式，使石油烃污染得到改善和修复，技术人员可根据具体污染程度选择单一或者多种微生物合成复合菌剂。通常情况下，与单一微生物相比，复合菌剂的降解速度更快、效果更理想。究其原因，在多种微生物联合作用下更易形成降解体系。据调查，在石油烃污染修复中，分别加入单一和复合菌剂，观察20 d后的降解效果，发现后者与前者相比降解率提高58%。该项技术的关键在于高效降解菌的选择，可按照微生物的来源，将其分成土著强化、外源强化两种，且前者更具优势，降解率是后者的4倍左右。

1.2 生物刺激技术

该技术是将氮、碳、磷等营养物质加入土壤中，对微生物代谢进行刺激，增加其活性，以达到加速污染物降解的目标，应用较为频繁的方式为加入营养物。前者对微生物产生的影响较大，因常规土壤环境中微生物的含量有限，难以达到石油烃降解的要求，需要额外增加营养物质的摄入，才可达到理想降解效果。据调查，在受石油烃污染的土壤中加入不同量的腐殖酸，可对生物修复效果产生不同的影响。在腐殖酸的作用下，土壤内的碳氮比得到调节，微生物利用率得以提升，在加入100 mg/g腐殖酸持续处理30 d后，发现与未加入腐殖酸的土壤相比，对石油烃的降解率可提高22%左右[1]。

1.3 生物通风技术

该方法是将空气注入受石油烃污染的土壤内，为土壤中原本微生物的生长提供助力，加速石油烃的降解。据调查，采用生物通风技术对多种浓度的受污染土壤进行修复，发现石油烃污染浓度为10 g/kg时修复效果最为显著，石油烃的去除率在66.0%左右。值得注意的是，该项技术的应用效果与土壤结构紧密相关，如果土壤结构不佳，将会影响空气的进入，因而无法与污染土壤充分接触。因此，在应用通风技术时，最好采用改良剂使土壤结构得到优化，使土壤更适宜应用通风技术。

2 石油烃污染土壤应急修复工程概况

2.1 基本情况

某场地的污染场地分为两个区，A区为表层已清挖污染土，此处土壤因输油管道泄漏受到污染，已将管线两侧污染土挖掘出来；B区是下层待清理的污染土壤，根据场地调查与风险评估，发现此类土壤的污染度超标。A区为粉质粘土，由第三方检测机构鉴定后，发现石油烃污染浓度为3～5%，浓度最大值为44 355 mg/kg，pH值范围为6～8，含水率在20～30%。B区同样为粉质黏土，主要为TPH超标，最大浓度为32 542 mg/kg，土壤pH值为6～8，含水率为25～35%。该区域风险评估是以土壤污染评估技术规范为基准，单一污染物的致癌风险在10-6以内，可接受危害商为1。为了便于计算修复目标，在确保受体安全的情况下，还可使场地修复科学可行，将非致癌风险危害商设定为1，致癌风险水平为10-6，以此作为修复目标，与场地具体情况相结合，确定最终建议修复的目标值。根据风险评估结果可知，该区域受污染土壤内的TPH指标严重超标，需要开展应急修复工作，使周围生态环境、人体健康得到保障。站在人文立场，遵循建设用地土壤污染管控规定，以第一类用地筛选值作为TPH污染土壤修复的最终目标值，也就是826 mg/kg。

2.2 技术选择

该工程选用生物修复技术，通过为微生物供给氧气、营养、调节外部环境等方式，加快土壤内石油烃的降解。从技术原理看，可分成生物强化、刺激与通风三种。其中，强化技术是加入具有代谢活性的工程菌，增强微生物种群性能，加速土壤内TPH的降解；刺激技术是通过加入肥料、改变pH值等方式，刺激原本土壤内微生物的生长，并依靠天然微生物加快TPH的降解；通风技术是利用土壤间隙注入氧气，以达到加速降解的目的。在实际操作中，选择加入营养盐刺激微生物生长的方式，利用符合要求的复合营养盐、有机碳源、营养油等，加工提取后成为生物修复的营养物，并将其用于石油烃污染土壤内，可使降解速度极大地提升。根据大量实践，将该药剂应用到小试试验中，对TPH的修复效果明显，在相同pH值、含水率、通风时间和药剂量的情况下，将其加入受污染的土壤中45 d，可观察到土壤颜色发生改变，经过90 d就可将土壤内石油烃的浓度降低到826 mg/kg以内，从而达到预定的修复目标[2]。

2.3 施工方案

该工程中生物修复药剂的投入比为2%，将药剂撒入受污染的土壤中，并用旋耕机将二者充分搅拌，以保持土壤结构良好，适宜通风操作，为微生物提供充足的氧气量。在修复期间，需要定时安排专人负责洒水，使土壤含水量始终保持在35%左右，调节pH值至7左右。修复期间要密切观察土壤的颜色，定期将修复样品送入第三方机构进行检测，掌握其修复成果，如果修复效果与要求不符，则要重新加入药剂进行修复，直至土壤内的TPH浓度降低到826 mg/kg以内。该项目修复总量为4 952.5 m3，包括表层和下层污染土两个区域，具体工程量见表1。

表1 修复工程量

3 石油烃污染土壤应急修复技术的实际应用

3.1 施工前的准备

在正式开展修复工程前，需要做好施工前的准备工作，包括施工设备、人员组织等。该项目采用ALLU筛分破碎铲斗，将土壤内直径超过50 mm的建筑垃圾、石块等大体积的异物铲出，完成固结土壤破碎，加强土壤与药剂的充分融合，加速氧化反应，完成土壤筛分与破碎工作。因ALLU设备在土壤处理方面的均质性较高，铲斗能够在土壤内自由移动，不易受阻，使安全风险降低，且动力十足，可在受污染土壤内自由运行，确保了施工效率。此外，该项目采用通风机械为旋耕机，宽度为2 m，深度为30 cm，生产能力为3 hm2/h。该设备以拖拉机为动力源，具有耕地和整地等功能。在工程开展过程中，将机具与拖拉机悬挂机构相连，依靠传动轴使设备动力与机具动力连接起来，旋耕刀的刀轴以螺旋线分布，在运行期间既可省力，还可确保土块切削效果良好。刀具选择耐磨类型，以硼钢材质为主，并进行开刃处理，使破土率得到保障。在机具两端最低处设置滑雪板，发挥限制深的功效，并设置锯齿形结构，可根据实际情况灵活调节深度，确保旋耕设备在运行过程中始终在相同深度上运行，从而提高使用期间的稳定性[3]。

3.2 开展小试试验

3.2.1 试验过程

为了检验工程技术的可行性，在开展修复工程前需要进行小试试验。该试验是将活化剂和氧化剂加入受污染土壤内，其中氧化剂采用过硫酸钠，浓度设定为1%和2%两种，以氢氧化钠为活化剂，浓度设定为10%和20%两种。针对污染场地的A区和B区土壤与周围土壤进行试验，在污染土壤内选择3个深度不同的点位，即0.5 m、1.0 m和1.5 m，对照土壤选择两个深度的点位，即0.5 m和1.0 m。在试验期间，选取200 g土壤样品，利用蒸馏水将其含水量调整到40%，根据试验要求加入多种浓度的活化剂、氧化剂，与土壤充分搅拌后放入培养箱内，将温度调至30 ℃，经过14 d的处理后，检测土壤内TPH的浓度，利用气相色谱法获得相关数据。

3.2.2 试验结果

表层土壤中TPH浓度为2 271 mg/kg，是目标值的2.75倍，使环境风险极大提升。将药剂加入土壤后，在2%氧化剂和10%活化剂的模式下，TPH浓度达到最低，为635.2 mg/kg，与对照组相比降低72.5%。在深度为0.5～1.0 m土层内，污染土壤内石油烃的浓度达到1 174 mg/kg，与表层土壤相比降低了45.26%，但与对照组土壤相比，TPH的浓度仍为15.4倍，且浓度超过了目标值。加入2%的氧化剂和10%活化剂的药剂后，土壤内的TPH浓度明显降低，达到62.3 mg/kg，远远低于背景土壤和对照组中的浓度。在深度为1.0～1.5 m土层中，TPH的浓度为226.3 mg/kg，在加入药剂后，TPH浓度值明显降低，不足100 mg/kg，下降值超过对照组。由此可见，将氧化剂、活化剂加入受TPH污染的土壤后，可使不同深度土壤得到良好修复，但因药剂添加比例不同，使得降解效果有所差异。加入1%的氧化剂时，随着活化剂量的逐渐提升，修复效果也日益明显，这与以往研究结果相同，也从侧面检验了活化剂在TPH污染土壤中的应用价值，主要受氧化性自由基的影响。但是，加入2%的氧化剂时，随着活化剂用量的逐渐增加，氧化剂的效能不增反减，这意味着在氧化剂较为充足的背景下，如果碱性物质含量过高，将会对氧化剂降解作用的发挥产生抑制作用。据调查，当pH值超过12时，便会产生大量·OH，使自由基数量减少，影响对土壤内TPH的降解效果，且在修复项目中如果活化剂的用量过多，也会使周围土壤造成二次污染[4]。

根据研究可知，在受污染的土壤内，利用2%的氧化剂与10%的活化剂相结合的方式，可使深度为1.5 m的土壤中TPH浓度降到目标值内，特别是对于TPH污染严重的表层土壤，降解效果更加显著，这是因为应用氧化技术时，氧化剂的挥发性良好，可提升修复效果。将氧化剂加入土壤中，可明显提升土壤内硫酸根离子的浓度，pH值降低，但如果适当加入NaOH，就可使土壤性质变成中性或者弱碱性，从而减轻了对硫酸根的腐蚀。因此，在开展修复工程过程中，应注重土壤pH值的调节，遵循特定变化规律，合理控制药剂的加入量。从整体看，该工程建议参数设定为加入2%的氧化剂、10%的活性剂，将土壤含水量调节到40%，持续养护14 d，可有效促进TPH的降解，取得预期修复效果。

3.3 优化修复流程

根据上述试验结果，与施工现场受污染土壤实际情况相结合，利用化学氧化技术可确保修复目标的达成。因该项目为应急处理，需要综合分析水电与人工成本，在生物修复的基础上，以化学氧化技术为辅，提高污染修复效率，其优化流程如下：一是土壤清理，因项目清挖的受污染土壤以浅层土为主，且大部分带有渣石，需要进行土壤筛分、破碎及预处理；二是创建防渗结构，由防渗系统和渗滤液外排系统构成，由下至上为基坑HDPE膜、土工布、填土层，外围采用原土层包裹，结构上方为污染土壤，渗滤液排放系统由集水井、排水沟和石堆构成，在原土层四周挖掘排水沟，在沟底到排水沟外层的土层之间铺设HOPE膜和土工布，再用石堆压在土工布上，在沟内铺设碎石，在沟外侧的最佳位置设置集水井；三是添加药剂，结合上述试验结果，将土壤内投入浓度为2%的Na2S2O8和浓度为10%的NaOH，以石油烃为修复药剂，在反应池内进行机械搅拌后，稳定2周；四是成果检测。在养护完毕后，将土壤样品运送到第三方检测中心，若结果显示“未通过”，需要重新加入药剂进行降解；若结果显示“通过”，可在土壤干化后重新填入原本位置，待场地内全部土壤均降解修复完毕后，便可申请竣工[5]。

3.4 修复效果

该项目经过TPH降解处理后，取得了理想的土壤修复效果。首先，基坑侧壁与底部土壤内的TPH浓度降低到311 mg/kg以内，与目标值相比较低；经过修复后，回填土壤内TPH最高浓度为540 mg/kg，降解效果十分显著，低于目标修复值，与试验结果相同，这意味着在生物修复与化学氧化技术的双重作用下，可使修复效果事半功倍。该项目在效果评估中得出，送检土壤样品的合格率为100%，经修复后的土壤内TPH含量与规定的第一类用地土壤目标值相符，满足验收要求。

4 结语

综上所述，近年来因油气管道泄漏导致土壤受原有污染的情况时有发生，以TPH超标为显著特征，可通过生物修复技术提高原土中微生物对TPH的降解能力，将2%的过硫酸钠氧化剂、10%的氢氧化钠活性剂撒入受污染的土壤内，可改善1.5 m深度内的土壤环境，TPH浓度满足规定要求。在未来的研究中，还应深入探索污染物迁移转化与降解规律，使修复效果得到进一步增强。