CN101711974B - 一种处理溢油污染土壤的泥炭吸附剂及其处理溢油污染土壤的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种处理溢油污染土壤的泥炭吸附剂及其处理溢油污染土壤的方法。该泥炭吸附剂由草木泥炭、水藓泥炭和氮肥混合而成；其配比是在总重量为100中，草木泥炭占25～33％、水藓泥炭占20～33％、氮肥占25～50％。处理溢油污染土壤的方法依次按下列顺序进行：在出现溢油土壤污染的最短时间内向污染土壤中喷洒吸附剂，吸附剂的投加量为溢油量的0.1～0.17倍；再向溢油污染土壤中加入生石灰，投加量为溢油量的0.1～0.3倍；翻耕喷洒吸附剂和石灰后的污染土壤，翻耕深度根据石油渗透深度而定；灌溉污染土壤，使土壤湿度达到80％～85％；监测污染土壤中石油烃含量，直至满足环境标准后重新投入使用。
Description
技术领域
本发明是一种处理溢油污染土壤的泥炭吸附剂及其处理溢油污染土壤的方法，涉及分离和泥煤的加工技术领域。
背景技术
石油成为工业的血液已有几百年的历史，开采量随着市场需求而不断增长。石油在开采、运输、存储和利用过程中，溢油事件时有发生，石油及其产品在造福人类的同时，也给人类生存的环境逐步带来长期而重大的污染。
和大气、水一样，土壤也是人类赖以生存的主要资源之一，是生物圈的主要组成部分。当今，人们对绿色食品的需求越来越大，因而更加关注生产绿色食品的土壤及其受到污染的类型和程度。土壤污染除了重金属污染外，主要包括化学物质污染。而石油及其产品中含有许多种可能引起畸变、癌变和基因突变的有机化学物质。这些物质被列为全球环境污染的“原凶”，是土壤污染治理技术中优先处理的对象。
石油土壤污染主要是油田周围的落地原油和偶发事件中管道及油罐的泄漏。据资料报道，一次井喷造成的原油覆盖面积达3000～4000m2。另外，我国某油田，平均每年进入环境的溢油量为0.6～2t，对草原植被的影响范围为100m×15m；一些大油田重污染区表层20cm土壤范围内油含量高达30～50％。管道溢油事故一次进入环境的石油量高达几百万吨，对环境造成的破坏不容忽视。石油中溶解态和自由态的成分直接影响植物的生长过程，也是造成食物污染的罪魁祸首。更为严重的是，石油烃在土壤中的运移渗透会对地下水造成污染，从而扩大污染面积。而且，即使轻度污染的土壤，也发现生产出的粮食中有油味。因此对各类溢油污染土壤的治理势在必行。
近年来，世界各国开始重视溢油污染土壤的治理技术研究。现有处理方式包括物理处理、化学处理和生物处理。尽管各种治理技术研究已取得了很多的成功，但仍存在很多的问题。各种单独的方法都有其缺点。物理方法通常耗能较高，化学方法存在二次污染。生物处理方法虽然以其处理成本低、无二次污染、污染治理最彻底等特点而备受青睐。但该方法最主要的缺点是处理周期长，效率低，只适合处理含油量低的土壤，并且修复效果受诸多因素的影响。
目前对于大面积溢油污染土壤的治理，工程中主要采用的是生物修复中的就地耕作法。具体做法是对污染土壤进行耙耕处理，并向土壤中施肥，灌溉，为微生物降解石油提供一个良好的环境，使其有充分的营养和水分，从而加快石油类的生物降解。由于该方法简单、经济、实用，在很多工程实践中得到了应用。但这种方法的不足是显而易见的。
1、这种方法只适用于土壤渗透性较差的土壤，对于渗透性好的土壤易于造成污染物的迁移而扩大污染范围，甚至污染地下水；
2、在这种处理方法中，石油中挥发性物质会造成空气污染，难降解物质的缓慢积累会增加土壤的毒性(陆秀君等，沈阳农业大学学报，2003-02，石油污染土壤的修复技术研究现状及展望)；
3、这种方法需要保持土壤湿度以提高生物修复效果，因此需要定期对污染土壤进行灌溉，这就限制了该方法在灌溉成本较高地区的应用；
4、这种方法处理时间长，从而增加了修复过程的监测及管理费用，同时存在较大的环境风险；
5、这种方法对于重质组分含量高的石油，因处理效果差而不宜采用。
从技术可行性、经济高效性和环境安全角度出发，研究开发一种环境友好、运行和维护费用低的新型工艺处理大面积溢油污染土壤就显得尤为重要，以减少或消除石油类物质在环境中的积累，并满足日益严格的环保要求。
吸附法是一种常用来处理水体溢油的有效方法，在土壤溢油污染处理中也有报道，但在工程应用中鲜有采用，主要是由于吸附剂的价格决定了吸附法处理溢油土壤污染的费用。现有吸附剂如活性炭、聚乙烯树脂等具有较强的吸附能力，溢油去除率高，但这些吸附剂生产加工成本高，后续处理难度大，费用高。因此寻求价格低廉、吸附活性高的新型吸附剂正成为吸附法处理溢油污染土壤的关键。
近年来，已逐渐开发出了有吸附能力的廉价新型吸附材料，如改性膨润土，沸石、硅藻土和谷糠锯末等，但真正大规模应用于溢油污染土壤治理中却很少见，其原因在于这些天然吸附剂尽管价格低廉，但是吸附容量与活性炭等传统吸附剂相比有较大的差距，吸油量少，保油率差。这就限制了吸附法在溢油污染土壤处理中的工业应用。
泥炭作为吸附剂虽然有东北师范大学泥炭研究所采用盆栽试验，观察了泥炭保护根系移栽和直播2种栽培方式处理的紫花苜蓿在柴油污染土壤中的生长情况及其对土壤中柴油污染物的去除情况，探讨了利用泥炭保护根系措施清除土壤柴油污染物的可行性。结果虽然证明了泥炭保护根系处理有利于紫花苜蓿根系形态发育，并显著提高根区土壤柴油降解率，但并未形成一种技术。
发明内容
本发明的目的是发明一种成本低、效果好、应用范围广、无二次污染的一种处理溢油污染土壤的泥炭吸附剂及其处理溢油污染土壤的方法。
泥炭是一种相当廉价易获得的自然资源，在我国云南、贵州、江苏、福建、内蒙古和东北地区均有广泛分布，而且类型俱全。泥炭是一种多孔性材质，因此有较强的吸附能力，如水藓泥炭的吸水能力可达到其自身重量的15至20倍左右。另外泥炭中含有大量的有机质，主要是腐殖酸，其中以草木泥炭的腐殖酸含量最高，一般在40～50％之间，而水藓泥炭腐殖酸含量最低。大量的研究结果已经证明腐殖酸能促进微生物的快速繁殖。本发明正是利用泥炭的强吸附性及特性，对泥炭进行处理、组合来修复溢油污染的土壤。
为此，本发明采用的技术方案如下：
处理溢油污染土壤的泥炭吸附剂是由草木泥炭、水藓泥炭和氮肥混合而成；其配比是在总重量为100中，草木泥炭占25～33％、水藓泥炭占20～33％、氮肥占25～50％。
其中：
草木泥炭和水藓泥炭两种泥炭为脱灰后再分别进行脱水干燥，草木泥炭含水量为20～30％，水藓泥炭含水量为6～15％。
上述泥炭吸附剂处理溢油污染土壤的方法依次按下列顺序进行：
1.在出现溢油土壤污染的最短时间内向污染土壤中喷洒吸附剂，吸附剂的投加量为溢油量的0.1～0.17倍；
2.再向溢油污染土壤中加入生石灰粉，投加量为溢油量的0.1～0.3倍；
3.翻耕喷洒吸附剂和石灰后的污染土壤，翻耕深度根据石油渗透深度而定；
4.灌溉污染土壤，使土壤湿度达到80％～85％；
5.监测污染土壤中石油烃含量，直至满足环境标准；
6.土壤达标后重新投入使用。
为了效果更显著，在灌溉污染土壤，使土壤湿度达到80％～85％后，在处理污染土壤表面铺设带有小孔的黑色聚乙烯薄膜，并将其四周固定。
本发明具有如下优点：
1.安全可靠，适用范围广 本发明泥炭吸附剂选择不同类型和不同含水量泥炭进行组合，可以在最短的时间内最大量的吸收溢油污染土壤中的石油，并将油气锁定在泥炭细胞体内，从而避免了油气挥发与渗漏；因此本发明的使用不受土壤类型及渗透性的限制；
2.处理效率高，修复周期短 本发明选择吸附能力最强的水藓泥炭和腐殖酸含量最高的草本泥炭进行复配，并确定了两种泥炭发挥各自优势的最佳含水量范围，充分保证了泥炭对油和水的吸附比例及腐殖酸的适宜含量，为降解石油的微生物提供了适宜环境，加速了溢油污染物的降解，提高了污染修复效率；如对油含量为50g/kg柴油污染土壤采用本发明的方法仅用20天就使土壤油含量降低到500mg/kg；同时在采用泥炭吸附剂处理溢油过程中充分考虑了微生物修复最佳条件的有效组合应用，因此本发明的方法也适用于重烃组分含量高的石油污染土壤修复；
3.吸附剂廉价 本发明使用的泥炭吸附剂的吸附容量与活性炭，合成有机吸附剂的吸附容量相近，但其价格仅为这些吸附剂市场价格的1％～3％，溢油污染处理成本低，使溢油污染处理效果达到最佳；
4.简化处理及管理程序 本发明利用泥炭吸附剂的锁水特性，加上聚乙烯薄膜的保湿特性，使溢油污染修复过程无需频繁灌溉，简化常规生物修复程序，降低了费用，减轻了缺乏灌溉条件地区溢油污染生物修复费用；同时污染土壤处理过程中，只需定期监测土壤含油量即可，无需监测土壤湿度及其他因素，大大降低了污染修复监测管理费用；
5.原料来源广泛 炭在我国分布广泛，种类齐全，资源丰富；
6.对环境友好，无需后续处理，无二次污染；本发明泥炭吸附剂为天然原料，其中添加的氮肥及石灰都是通过国家标准规定的农用肥料，不会对环境造成二次污染；完成降解后的泥炭吸附剂对土壤起到保湿、疏松等作用，使土壤更肥沃。因此无需对其进行后续处理。
具体实施方式
下面结合实例对本发明做进一步说明。
实施例.本例是在试验基地进行的工业试验。所用处理溢油污染土壤的泥炭吸附剂是：
1.选择东北碧源泥炭开发有限公司的两种泥炭—草木泥炭和水藓泥炭，进行水洗脱灰，自然风干；
2.然后将脱灰风干后的两种泥炭分别进行脱水干燥，干燥方法采用真空干燥，温度为85℃，选取草木泥炭和水藓泥炭两种含水量的干燥泥炭，其中草木泥炭含水量为20％，水藓泥炭含水量为9％；
3.将草木泥炭和水藓泥炭两种泥炭混合料，混合比例为：1：0.8；
4.在混合料中加入0.75倍的尿素并混合，即为制备好的吸附剂。
用本处理溢油污染土壤的泥炭吸附剂溢油土壤污染处理方法是：
处理的溢油污染土壤是大庆原油污染的东北亚粘土，污染面积约为10m2；溢油量约为150kg；气温平均为：25℃；大庆原油的基本物理性质见表1；
表1大庆原油基本物理性质
| 样品 | 浓度g/cm3 | 凝点℃ | 胶质、沥青质含量％ | 蜡含量％ | 33℃，剪速20时的粘度(mPa.s) |
| 大庆原油 | 0.8549 | 32.5 | 7.93 | 36.6 | 220 |
| 测试标准 | GB/T1884-2000 | GB/T510-83(91) | DIPPT-1990 | SY/T0537-94 |
溢油后5小时内向污染土壤人工分撒泥炭吸油剂及石灰，泥炭吸附剂添加量为：20kg，石灰添加量为：15kg；翻耕污染土壤，翻耕深度根据现场监测的渗透深度确定为23cm，然后向污染土壤中浇水，土壤湿度达到约80％，最后用带有小孔的黑色塑料薄膜覆盖土壤污染区域；小孔直径为：1cm，孔间距为：2cm；处理过程中每5天取样监测土壤中油含量，监测结果见表2。
表2处理过程土壤中总石油烃残留量(TPH)
| 时间(天) | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 |
| TPH(g/kg) | 56.2 | 45.6 | 32.1 | 26.2 | 23.7 | 18.5 | 15.2 |
| 时间(天) | 80 | 100 | 120 | 140 | 160 | 180 | |
| TPH(g/kg) | 11.8 | 8.5 | 6.2 | 2.9 | 1.5 | 0.46 |
采用本发明处理大庆原油污染土壤的测试结果表明，对于高粘度、高凝点、沥青胶质含量和蜡含量极高的原油，使用本发明方法处理，经过150天，土壤中的石油含量从最初的56.2g/kg降低到1g以下；180天后，土壤中油含量小于500mg/kg，原油去除率达到了99％以上。而且处理持续时间约6个月，处理材料费用不足30元/m2。
Claims (3)
1.一种处理溢油污染土壤的泥炭吸附剂，由草木泥炭、水藓泥炭和氮肥混合而成；其配比是在总重量为100中，草木泥炭占25～33％、水藓泥炭占20～33％、氮肥占25～50％；其特征是草木泥炭和水藓泥炭为脱灰后再分别进行脱水干燥，脱水后草木泥炭含水量为20～30％，水藓泥炭含水量为6～15％。
2.一种权利要求1所述处理溢油污染土壤的泥炭吸附剂处理溢油污染土壤的方法，其特征是该方法依次按下列顺序进行：
1)在出现溢油土壤污染的最短时间内向污染土壤中喷洒吸附剂，吸附剂的投加量为溢油量的0.1～0.17倍；
2)再向溢油污染土壤中加入生石灰，投加量为溢油量的0.1～0.3倍；
3)翻耕喷洒吸附剂和石灰后的污染土壤，翻耕深度根据石油渗透深度而定；
4)灌溉污染土壤，使土壤湿度达到80％～85％；
5)监测污染土壤中石油烃含量，直至满足环境标准；
6)土壤达标后重新投入使用。
3.根据权利要求2所述的一种处理溢油污染土壤泥炭吸附剂处理溢油污染土壤的方法，其特征是在灌溉污染土壤，使土壤湿度达到80％～85％后，在处理污染土壤表面铺设带有小孔的黑色聚乙烯薄膜，并将其四周固定。
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