防止和控制石油污染
1991海湾战争导致的石油泄漏,造成200多万只海鸥死亡,许多鱼类和其他动植物也难逃厄运。一些珍贵的鱼类已经灭绝,美丽富饶的波斯湾变成了一片死海。海洋石油污染对海洋生态系统的损害是不可挽回的。
海上溢油不仅破坏海洋环境,还具有火灾的危险。因此,一旦发生溢油事故,一方面要尽量减少污染面积,另一方面要迅速消除和回收海面浮油。处理溢油的一般方法是用围油栏围起浮油,用浮油回收器回收,同时喷洒消油剂,使源油尽快形成能消散在水中的小油粒。
多达几十万吨的溢油一旦进入海洋,会形成一层大油膜,将大气与海水隔开,减弱海面的风浪,阻止空气中的氧气溶入海水,减少水中的氧气。同时,相当一部分原油会被海洋微生物消化分解成无机物,或者被海水中的氧气氧化分解,使海水中的氧气大量消耗,使鱼类等生物难以生存。20世纪80年代以前,石油烃污染土壤的处理仅限于物理和化学方法,即热处理和化学淋滤法。热处理可以通过焚烧或煅烧的方式净化土壤中的大部分有机污染物。但同时也破坏了土壤的结构和组成,而且成本高,实施难度大。化学浸出和水洗也能获得较好的除油效果。然而,所用化学试剂的二次污染限制了它的应用。早在上世纪70年代。为了解决石油管道和储油罐的石油污染问题,美国埃索研究工程公司已经开始寻找清洁的生物解决方案,其实验室研究发现了有效的“细菌播种法”,开创了石油污染土壤生物修复的先河。自20世纪80年代以来,污染土壤的生物修复技术越来越受到人们的重视,也取得了很大的进展,正在逐步走向成熟。
现在世界各国都开始采用生物方法修复石油污染,其中俄罗斯、丹麦、美国、德国的生物技术处于世界领先水平。北京大学环境研究所作为国内先行者,于上世纪90年代开始研究,其合作公司南阳东华生物公司已将该修复技术成功应用于全球。生物修复是利用生物生命代谢活动降低土壤环境中有毒有害物质浓度,将污染土壤恢复到健康状态的过程。
微生物石油降解技术在国外的应用已被国内多家科研机构证明,其效果不如土著菌。作为油污修复的先行者,北京大学的“BDB系列生物降解菌”已经开始在中国乃至世界其他国家的各大油田发挥作用。
据相关人士介绍,原位处理法是对污染土壤进行原位处理。在处理过程中,土壤基本不被搅动,最常见的原位处理方法是在土壤的水饱和区进行生物降解。土壤修复基本分为三个阶段:BDB-n生物修复阶段、BDB-a生物修复阶段和植物修复阶段。
(1)原位生物修复技术
直接利用BDB-a生物降解菌修复石油污染水体,并在污染区修建池塘防渗,分阶段定量注入BDB-a生物降解菌。污染水体修复后,无论排海还是回注,COD、BOD等指标均得到控制,最终达标。
南阳东华公司BDB菌处理污染土壤时,所有多环芳烃均被明显降解。但是在修复过程中,对环境的温度比较敏感。所以我们建议在气温高于10℃的月份进行,建议维持60天以上。
(2)异位生物修复技术
异位生物修复主要包括田间处理、预制床法、堆肥处理、生物反应器和厌氧生物处理;但目前治理技术在不断进步,北京大学环境所黄教授研究的生物修复技术仍处于世界领先水平。建议将北京大学设计的场地生物反应发生器与当地降解菌BDB结合起来进行修复。
A.现场处理方法
近年来,国外对石油烃污染的生物治理研究较多,其中土壤耕作处理是现场治理土壤污染的常用方法。被污染的废物被施用于土壤。通过施肥、灌溉、添加石灰等管理措施,维持氧气、水分、pH的最佳值,进行耕作,改善土壤的通气性,保证污染废弃物和下垫土层中污染物的降解。降解过程中使用的微生物大多是土著微生物。但需要引入驯化的微生物来提高效果。
B.预制床法
土壤耕作处理在田间处理中最大的缺陷是污染物可能从处理区迁移出来。预制床的设计可以最大限度地减少污染物的迁移,因为它有一个滤液收集和控制排放系统。预制床的底面是低渗透性的物质,如高密度聚乙烯或粘土。将污染土壤转移到预制床上,通过施肥、灌溉调节pH值,有时加入微生物和表面活性剂,使其最适合污染物降解。与相同区域的原位处理技术相比,预制床处理对三环以上多环芳烃的降解率明显提高。
C.堆肥处理方法
土壤堆肥化处理是将污染土壤从污染区挖出来,防止污染物扩散到地下水或更大的区域,运输到处理过的地方(布置防漏底、通风管道等。),堆积起来形成上升坡,进行生物处理。堆积法是生物修复技术中一种新的替代技术。堆肥降解了污染土壤中的多环芳烃,随着苯环的增加,多环芳烃的降解率降低。当多环芳烃的初始浓度增加50倍左右时,除荧光和蒽外,其他多环芳烃的降解都随着污染浓度的增加而降低。
D.厌氧生物修复
石油烃污染土壤的修复研究已经发展了生物堆、堆肥和土壤浆态反应器等好氧修复工艺,但当分离到一些降解菌时。一些降解菌伴随着高生态风险的产品。最近的研究表明,以厌氧还原脱氯为特征的厌氧自然衰减具有很大的潜力。
E.生物反应器方法
生物反应器法是在一个特殊的反应器中处理污染土壤。生物反应器通常建造在现场或特定的处理区域。通常是水平鼓形和电梯形,又有间隙式和连续式两种。由于反应器能将土壤与微生物和其他添加剂如营养物质、表面活性剂等充分混合,并能很好地控制降解条件,处理速度快,效果好。生物反应器处理的流程是:先把土挖出来,和水混合成泥浆,然后转移到反应器中。为了提高降解率,通常从反应器预先处理的土壤中分离出驯化的微生物,并加入到待处理的土壤中。
(3)植物修复技术
目前,关于土壤有机污染生物修复的研究很多,但大多集中在微生物的作用上。事实上,植物对污染物的清除起着直接和间接的作用。植物生物修复的特点是通过植物对某些污染物的积累,植物代谢对某些污染物的转化和矿化,以及植物根际和根茎之间的共生关系来增加微生物的活性。加速土壤污染物降解速率的过程。
植物修复的方法包括植物提取、植物降解和植物稳定化。植物提取是指利用植物吸收和积累污染物,并在收获后进行处理。收获可以通过热处理、微生物处理和化学处理来进行。植物降解是利用植物和相关微生物菌群将污染物转化为无毒物质。植物稳定化是指在土壤的共同作用下,植物对污染物的固定,以减少其对生物和环境的危害。植物的根际改变土壤环境,起到改善和调节的作用,从而有利于污染物的降解。因此,通过选择合适的植物和调节土壤条件,可以实现污染土壤的快速修复。
植物生物修复是一种以太阳能为能源的处理系统,具有处理成本低、场地破坏小等优点,受到了广泛关注。按照美国的做法,种植管理成本在每公顷200 ~ 1000美元之间,即每立方米年处理成本为0.02 ~ 1.00美元,比物理化学处理成本低几个数量级。水体石油污染不同于土壤处理。水具有流动性,如果不及时处理,污染范围会以非常快的速度继续扩大。因此,水体的油污染是先控制污染,再处理污染的水。
生物处理法用于收集污水和油厂排放的含油污水。生物处理也叫生化处理。生物处理是废水处理中时间最长、范围最广、效果最好的方法。它利用自然界存在的各种微生物降解废水中的有机物,达到净化废水的目的。
而在全国各地的河流、海洋、湖泊,为了避免生物入侵带来的潜在危害,建议利用当地的微生物进行修复。同时,土著微生物的区域优势明显。在中国,北京大学环境研究所保存了来自中国主要油田的100多种样品菌株,这些菌株可能对中国区域的海上石油污染有贡献。
(1)海洋、河流、湖泊的水处理海洋、河流、湖泊的油污处理目前仅限于化学破乳、氧化处理、分解处理和机械物理净化吸附。清除海洋、河流和湖泊中的石油污染是非常困难的。防止油水合二为一的唯一选择就是喷洒清除剂,因为只有化学物质才能加速原油的分解,形成能消散在水中的微小球体。还有一些去除水面油污的物理方法,比如用吸油机吸油,用水网和消沫器刮油,用油缆阻断油扩散。英国一位农民发明了一种用机织稻草排控制油污的方法,不仅能防止油污在海里扩散,还能吸收比自身质量多15倍的油污,并能防止油轮流出的油污污染水岸。在草类中,大麦秸秆是控制污染最有效的方法。1992年,一艘油轮在设得兰群岛附近失事后,海面上被放置了一排22公里长的草,从而保护了海滩和渔场免受污染。莫斯科精细化工学院教授奥列格·托姆金(Oleg Tyomkin)开发了一种全新的方法,用农作物废料去除石油污染。在演示实验中,Tyomkin将几滴重油挤到一盆水中,盆中漂浮着一层薄薄的油花。然后,托姆金往盆里撒了一把稻壳。几分钟后,盆内油污开始减少,两个小时后,盆内油污完全消失。
(2)地下水处理
控制地下水的石油污染,采用水动力学方法,通过抽油井或注水井控制流场,可以防止石油石化产品的污染进一步扩大,并对受污染的地下水进行处理。
近年来。臭氧氧化技术在处理石油污染地下水方面取得了很大进展。臭氧氧化后,水中有机物种类增多。接触氧化一定时间后,水中苯系物和多环芳烃的相对含量大幅下降,而酯、醛、酮和烷烃的相对含量大幅上升。一般认为,水中的芳烃危害更大,大多有毒致癌,而烷烃、酯类等低分子量物质危害小得多。从上面可以看出,臭氧氧化法将有害污染物转化为危害较小的污染物。受污染水体未得到根本处理,可将臭氧氧化法与吹脱、活性炭吸附、生物氧化等处理方法配合使用,以获得良好的处理效果。然而,有目共睹的是,空气受到了石油工业的污染和伤害。到目前为止,还没有很好的办法来控制石油产品对大气的污染,仅限于采取控制油气排放等措施,如制定汽车尾气排放标准等。具体的治污方法还需要人类去探讨和研究。
石油对空气的污染仅限于挥发性物质和轻质石油产品,不像土壤和水体的污染,石油中的粘性胶体可以长时间形成碎片。然而,石油产品对空气的污染非常严重,它比水更具流动性和扩散性,更难控制。