CN113458134B - 一种修复土壤石油烃的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种修复土壤石油烃的方法，包括：将污染场地按照污染程度进行分区；对不同区域利用不同表面活性剂联合植物进行修复；所述表面活性剂为对土壤石油烃具有乳化增溶效果的活性剂；所述植物为石油烃耐性植物。本发明对不同程度石油烃污染场地使用不同生物表面活性剂，将土壤石油烃分散为胶束，改善石油烃污染土壤理化性质，提高石油烃生物利用度，种植上黑麦草，通过黑麦草对胶束石油烃进行植物降解，有效提高了实际污染场地植物降解土壤石油烃的效率。

Description

一种修复土壤石油烃的方法

技术领域

本发明涉及环境治理技术领域，尤其涉及一种修复土壤石油烃的方法。

背景技术

随着全球经济迅猛发展，石油及其产品的使用量不断增加[参考文献1：SunitaJ.Varjani,Vivek N.Upasani,A new look on factors affecting microbialdegradation of petroleum hydrocarbon pollutants,InternationalBiodeterioration&Biodegradation,Volume 120,2017,Pages 71-83,ISSN 0964-8305]。在石油开采、贮运、炼制加工及等都会引起了一系列土壤石油污染问题[参考文献2：Phillips Lori A.，Greer Charles W.，Farrell R.E.et al.2009.Field-scaleassessment oftreatments[J].weathered hydrocarbon degradation by mixedand single plantApplied Soil Ecology,42(1):9-17.]。我国石油污染土壤面积高达4.8×106hm2，石油污染地块达到30万块[参考文献3:魏小娜,李婷婷,杨君子,李彦成,范志平.表面活性剂强化电动修复石油污染土壤的机制研究[J].环境污染与防治,2021,43(01):30-35+46.]。据2013年土壤污染状况调查公报显示，各类土壤污染类型中，有机污染物多环芳烃类污染物占总污染面积的1.4％。土壤石油烃污染不仅影响土壤结构和理化性质[参考文献4：王婉丽,袁庆叶,董必成,等.2019.克隆整合和石油污染对芦苇湿地土壤理化性质的影响[J].生态学报,39(24):9179-9187.]，阻碍植物的正常生长，导致生活在其中的生物衰亡。此外，石油烃中的芳香烃具有遗传毒性，通过呼吸和皮肤接触等方式进入人体，对人体身体健康造成严重危害[参考文献5：Asghar H N,Rafique H M,Zahir Z A,etal.2016.Petroleum Hydrocarbons-Contaminated Soils:Remediation Approaches[J].Soil Science:Agricultural and Environmental Prospectives:105-129.]。因此，对土壤石油烃的修复研究不容忽视。

石油烃污染土壤的植物修复方法指通过植株本身的吸收、根际微生物及其根系分泌物的降解、吸收、转化、固定作用，将有毒的有机污染物移除或转变成为无毒或毒性较小的物质，实现污染上壤的原位修复方法。[Zhou Q.X.,CaiZ.，Zhang Z.N.，etal.2011.Ecological Remediation of Hydrocarbon ContaminatedSoils with WeedPlant[J].Journal of Resources and Ecology，2:J.Resour.Ecol.20112012(2012)2097-2105]。土壤石油烃修复技术主要分为物理、化学和生物修复。物理修复(抽提、萃取、吸附和热脱附等)，操作简单，但是费用高、除油率低、不彻底、造成二次污染。化学修复(化学氧化法、光催化氧化法等)，除油率高、可处理难以生物降解的有机物及胶体物质，投资大、能耗高、占地广、流程复杂、化学试剂造成二次污染。生物修复(植物修复和微生物修复等)，成本低、操作简单、无二次污染、处理效果好且能大面积推广。

然而，生物修复在污染严重时生物方法修复效果较差。而且石油烃在土壤中生物利用度低，可牢固地附着在土壤有机质中，不易被植物和微生物吸收代谢，导致在自然情况下修复进程缓慢。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种修复土壤石油烃的方法。

一种修复土壤石油烃的方法，包括：

将污染场地按照污染程度进行分区；

对不同区域利用不同表面活性剂联合植物进行修复；

所述表面活性剂为对土壤石油烃具有乳化增溶效果的活性剂；

所述植物为石油烃耐性植物。

进一步地，如上所述的修复土壤石油烃的方法，所述石油烃耐性植物为黑麦草。

进一步地，如上所述的修复土壤石油烃的方法，所述不同表面活性剂包括：阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂。

进一步地，如上所述的修复土壤石油烃的方法，所述不同表面活性剂为鼠李糖脂、槐糖脂和十六烷基三甲基溴化铵。

进一步地，如上所述的修复土壤石油烃的方法，所述对不同区域利用不同表面活性剂联合植物进行修复包括：

在石油烃浓度为4000mg/kg时，对饱和烃和非烃物质，采用十六烷基三甲基溴化铵联合黑麦草进行修复；对于芳香烃，采用鼠李糖脂联合黑麦草进行修复；

在石油烃浓度为8000mg/kg时，对饱和烃，采用鼠李糖脂联合黑麦草进行修复进行修复；对于芳香烃和非烃物质，采用十六烷基三甲基溴化铵联合黑麦草进行修复；

在石油烃浓度为12000mg/kg时，对饱和烃和非烃物质，采用鼠李糖脂联合黑麦草进行修复；对于芳香烃，采用鼠李糖脂联合黑麦草进行修复。

有益效果：

本发明是对一种表面活性剂联合黑麦草修复石油烃分区修复方法，使其更能用于实际石油烃污染场地修复。使用的表面活性剂为生物表面活性剂，对环境无污染，可以对大面积石油烃污染土壤进行修复。选择的植物黑麦草为禾本科黑麦草属，根系发达，适应性强，耐践踏、耐盐碱，能增加土壤有机质、改善土壤结构，在高中低浓度的石油烃污染物具有较强的忍耐力和一定的降解能力。本发明对于实际石油烃污染场地进行分区，使用不同表面活性剂联合黑麦草修复方案。本发明所采用的方法与传统的污染土壤修复方法相比，具有投资少、管理粗放简单、工程量小、技术要求不高、修复时间短等优点；作为一种绿色修复技术，不会造成二次污染，不仅不会破坏土壤生态环境，还有助于改善因石油烃污染而引起的土壤板结和生产力下降等问题，恢复并提高其生物多样性。

附图说明

图1为石油烃污染土壤分区治理原理图；

图2为表面活性剂联合植物修复石油烃原理图；

图3为不同污染程度下的植物株高对比图；

图4为不同污染程度下的对植物片的对比图；其中，(a)为叶面积，(b)为叶绿素；

图5为不同污染程度下植物生物量对比图；

图6为石油烃浓度4000mg/kg饱和烃降解率对比图；

图7为石油烃浓度4000mg/kg芳香烃降解率对比图；

图8为石油烃浓度4000mg/kg非烃物质降解率对比图；

图9为石油烃浓度8000mg/kg饱和烃降解率对比图；

图10为石油烃浓度8000mg/kg芳香烃降解率对比图；

图11为石油烃浓度8000mg/kg非烃物质降解率对比图；

图12为石油烃浓度12000mg/kg饱和烃降解率对比图；

图13为石油烃浓度12000mg/kg芳香烃降解率对比图；

图14为石油烃浓度12000mg/kg非烃物质降解率对比图；

其中，CK：空白对照；T1：黑麦草；T2：黑麦草+鼠李糖脂；T3：黑麦草+槐糖脂；T4：黑麦草+十六烷基三甲基溴化铵。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

表面活性剂是一种具有亲油亲水基团的生物大分子，具有乳化增溶等作用。表面活性剂联合植物修复石油烃在很大程度上可以促进石油烃修复，但不同类型表面活性剂对不同石油烃污染响应不同。具体地，据前期对某润滑油污染场地污染调查发现，石油烃污染场地一般都是由污染点呈现高浓度向周围低浓度扩散态势，生物表面活性剂具有乳化增溶土壤石油烃的作用。表面活性剂联合植物修复石油烃在很大程度上可以促进石油烃修复，但不同类型表面活性剂对不同石油烃污染响应不同，故对实际石油烃污染场地进行石油烃浓度分区，使用不同生物表面活性剂联合黑麦草修复石油烃，实现不同污染程度石油烃的有效修复。具体的修复方式为：对石油烃污染场地首先进行分区，对不同石油烃污染场地利用不同表面活性剂联合植物进行修复。联合修复首先添加表面活性剂，将石油烃污染土壤乳化增溶为植物微生物等生物可利用的小分子物质，利用石油烃耐性植物黑麦草，对石油烃污染土壤进行降解，可以实现石油烃污染场地高效降解。

修复的原理为：

如图1所示，石油烃污染场地一般都是污染场地可以根据其污染严重性对其进行分区治理，一般呈现高浓度向低浓度扩散态势。原油污染地区分为重度污染区(12000mg/kg)，中度污染区(8000mg/kg)和轻度污染区(4000mg/kg)。表面活性剂由极性亲水基团和非极性亲油疏水基团构成，具有亲水亲油的双性特征。如图2所示，表面活性剂可以乳化增溶土壤石油烃，表面活性剂将土壤石油烃分散包裹成胶束，这些胶束更有利于土壤微生物的利用和植物的吸收。之后在种植上石油烃耐性植物黑麦草，通过植物降解、植物挥发、植物萃取和根际降解，从而有效实现土壤石油烃的降解。石油烃污染会造成生物对水分和营养物质的吸收困难，影响土壤的性质，不利于植物及土壤微生物对石油烃的降解。表面活性剂的添加，促进疏水性石油烃污染的油性土壤的乳化增溶，改善土壤的理化性质，提高植物微生物的生物利用度，从而实现有效降解土壤石油烃。

实施例：

选取三种类型表面活性剂代表(鼠李糖脂、槐糖脂和十六烷基三甲基溴化铵)，不同类型表面活性剂(阳离子、阴离子和非离子表面活性剂)对不同程度的石油烃污染修复响应不同，选择一种土壤石油烃污染浓度和表面活性剂联合黑麦草的最佳搭配。首先使用不同类型表面活性剂对不同程度石油烃污染进行分区治理后，表面活性剂可以和疏水性污染物石油烃形成小型胶束，提高其生物利用度，联合高效修复植物对石油烃污染场地实现有效修复。

温室盆栽或通过大田直接种植：实验共设置20个处理组(5种组合*4个浓度梯度)：采用二氯甲烷溶解原油，拌匀陈化2周，分别称取1000g浓度为0mg/kg、4000mg/kg、8000mg/kg和12000mg/kg的石油烃污染土壤若干份装入内扣直径13.5cm，高度10.5cm、底部直径8.9cm的花盆中。每个浓度都做5种处理，每个处理3个重复，共60盆。确定添加鼠李糖脂和槐糖脂的质量浓度均为50mg/kg，添加的十六烷基三甲基溴化铵质量浓度为350mg/kg，将表面活性剂制成溶液，喷洒均匀于相应石油烃污染土壤。在室温下进行盆栽试验，实验期间保持含水量在60～80％，种植时间宜选在傍晚，培养过程中每日早八点定时浇水一次。在第15、30、45、60和75天进行取样，取出的土壤样品风干测定石油烃各馏分降解率，在75天测定植物指标。

大棚种植试验：CK：空白对照；T1：黑麦草；T2：黑麦草+鼠李糖脂；T3：黑麦草+槐糖脂；T4：黑麦草+十六烷基三甲基溴化铵。在石油烃浓度为4000mg/kg的土壤中，添加表面活性剂使黑麦草的株高增加5.17～9.04cm，在8000mg/kg中，则降低了2.08～5.08cm，在12000mg/kg株高差距不大，黑麦草的株高为24.33～26.5cm。与无污染土壤比较，表面活性剂使植物的叶面积增加了90.55mm2～377.69mm2。随着石油烃浓度增加，叶绿素含量都大幅下降。植物生物量在修复后差异不大，基本干重都在0.02g～0.03g之间，在8000mg/kg浓度，加入槐糖脂和十六烷基三甲基溴化铵联合黑麦草修复时，会降低黑麦草生物量。

结论：

请参阅图3-14，在0mg/kg、4000mg/kg、8000mg/kg和12000mg/kg浓度下，三种类型表面活性剂联合黑麦草都表现出良好的降解效果。石油烃为一种混合物，主要分为饱和烃、芳香烃和非烃物质。在低浓度石油烃4000mg/kg条件下，对饱和烃和非烃物质的降解黑麦草联合十六烷基三甲基溴化铵>黑麦草联合鼠李糖脂>黑麦草联合槐糖脂，对于芳香烃黑麦草联合鼠李糖脂>黑麦草联合槐糖脂>黑麦草联合十六烷基三甲基溴化铵。在中浓度8000mg/kg条件下，对饱和烃降解效果依次是黑麦草联合鼠李糖脂>黑麦草联合槐糖脂>黑麦草联合十六烷基三甲基溴化铵；对芳香烃和非烃物质修复效果依次是黑麦草联合十六烷基三甲基溴化铵>黑麦草联合鼠李糖脂>黑麦草联合槐糖脂。在高浓度12000mg/kg区域下，对饱和烃和非烃物质降解效果依次是黑麦草联合鼠李糖脂>黑麦草联合十六烷基三甲基溴化铵>黑麦草联合槐糖脂，对芳香烃降解效果依次是黑麦草联合鼠李糖脂>黑麦草联合槐糖脂>黑麦草联合十六烷基三甲基溴化铵。在4000mg/kg浓度污染区域时，十六烷基三甲基溴化铵表现出良好的修复效果，在8000mg/kg和高浓度12000mg/kg污染区域时，鼠李糖脂表现出良好的修复效果。

针对石油烃污染场地污染现状，高浓度石油烃地区(12000mg/kg)采用黑麦草联合鼠李糖，中浓度石油烃(8000mg/kg)采用鼠李糖联合黑麦草，低浓度(4000mg/kg)采用黑麦草联合十六烷基三甲基溴化铵进行修复治理。

本发明提供的方法，首先对污染场地进行分区，针对不同污染程度，采用不用生物性表面活性联合植物修复。对不同程度石油烃污染场地使用不同生物表面活性剂，将土壤石油烃分散为胶束，改善石油烃污染土壤理化性质，提高石油烃生物利用度，种植上黑麦草，通过黑麦草对胶束石油烃进行植物降解，有效提高实际污染场地植物降解土壤石油烃效率。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (1)

1.一种修复土壤石油烃的方法，其特征在于，包括：

将污染场地按照污染程度进行分区；

对不同区域利用不同表面活性剂联合植物进行修复；

所述表面活性剂为对土壤石油烃具有乳化增溶效果的活性剂；

所述植物为石油烃耐性植物；

所述石油烃耐性植物为黑麦草；

所述不同表面活性剂为鼠李糖脂和十六烷基三甲基溴化铵；

所述对不同区域利用不同表面活性剂联合植物进行修复包括：

在石油烃浓度为4000mg/kg时，对饱和烃和非烃物质，采用十六烷基三甲基溴化铵联合黑麦草进行修复；对于芳香烃，采用鼠李糖脂联合黑麦草进行修复；

在石油烃浓度为8000mg/kg时，对饱和烃，采用鼠李糖脂联合黑麦草进行修复；对于芳香烃和非烃物质，采用十六烷基三甲基溴化铵联合黑麦草进行修复；

在石油烃浓度为12000mg/kg时，对饱和烃和非烃物质，采用鼠李糖脂联合黑麦草进行修复；对于芳香烃，采用鼠李糖脂联合黑麦草进行修复。

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