土壤石油污染：迁移与修复治理技术

土壤曾被认为具有无限抵抗人类活动干扰的能力，实际上土壤也是很脆弱又容易被人类活动所损害的环境场所。为了使土壤圈永远成为适于人类生存的良好环境，保护土壤环境是地球上每个公民义不容辞的责任。目前，随着社会经济和城市化的迅速发展，我国土壤环境问题日趋突出，主要表现在土壤生态环境破坏（如水土流失、沙漠化、荒漠化、土地退化）与土壤污染两方面。其中土壤污染，主要是土壤不同程度地受到了重金属、有机污染物（如有机农药、石油、多环芳烃、多氯联苯）等的污染，由于可能造成食物链、地表水和地下水污染，对人类健康和环境质量产生威胁，土壤污染问题受到了人们的特别关注。

目前全世界常规石油每年的开采量为30多亿t，稠油开采量为3亿t。我国第二次资源评价石油远景储量约为880亿t。石油通过各种过程分散到环境中后就成为了石油类污染物，由石油带来的有机污染问题日益突出。陆地采油过程中有大量生产设施，如油井、集输站、转输站、联合站等，由于各种原因会把原油直接或间接泄漏于地面，仅落地原油一项，单井年产落地原油量可高达2t［150］。有些地方的石油污染还可能由于受经济利益的驱动，存在盗窃油田石油的行为，造成极其严重的石油资源的浪费和土壤环境污染事故。大庆是中国最大的石油生产基地，石油、天然气构成了大庆主体工业的框架，石油炼制、石化产品占非原油工业总量的90%以上。几十年来大庆油田为国家政治独立、社会发展和经济腾飞作出了巨大贡献，但同时也应注意到油田开发给自然生态环境带来的严重污染和破坏。在石油勘探、开发、输送等过程中均可造成环境污染。

在石油开采过程中，试油、洗井、油井大修、堵水、松泵、下泵等井下作业和油气集输，均有原油洒落于地面，含油污水外排更是直接将石油类污染物排入环境中。特别需要指出的是伴随着石油开发而产生了大量的落地原油，其中含有高毒性、脂溶性、难降解、易生物富集放大等特点的各种有机污染物，它们滞留、富集在土壤或地层中，再通过天然降雨或其他水源将其带入包气带，并可能不断地向下迁移，从而造成二次污染。油田开发产生的以石油类为主的多种有机污染物具有分布广、影响面大以及综合性与双重性等特点。经评价研究证明，在所有生态因子中，石油开发对土壤环境的影响是最大的［151］。

典型地区的调查结果表明，我国的土壤有机污染问题已经相当严重，并且对水环境质量和农产品质量构成明显的威胁。图2－4反映了油田城市各不同区域地表土壤的含油特征情况，可以看出：具有15年井史的油井附近土壤中含油最高，其次是化工生产区土壤含油较多，再次为井史2年的油井附近和油井外围（100m之外）土壤含油较低，而农田与草原是油污最少的区域。可见，石油污染是油田城市开发建设中产生的最重要土壤污染物，而且油田的土壤污染以落地原油为主。落地原油污染物平面上主要以放射状分布在以油井为中心的一定范围内，油井周围土壤中油污残存率结果如图2－5所示。距油井越近油污残存率越大，距井越远残存率越小，在距井40m范围内，地表土壤中油污的残存率迅速下降，距井40～60m以外石油的残存污染就很低了。

图2－4　不同区域地表土壤中含油特征

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图2－5　油井周围地表土壤中残油率

石油污染的毒性很大，它严重危害土壤、水体和人与生物的健康。当石油进入土壤后，首先影响土壤的通透性，土壤中的石油类物质不易被水浸润，无法形成有效的导水通路，导致土壤透水能力下降；再者进入土壤中的石油烃可以在植物根系上形成一层黏膜，阻碍根系的呼吸与吸收功能，甚至引起植物根系的腐烂；另外，由于石油的黏度大、黏滞性强，可在短时间内形成小范围的高浓度污染，随着时间延长，原油进入土壤后在发生平面扩散的同时，在重力作用下向土壤深部迁移。

石油类污染物中的芳香烃类化合物对人体的毒性最大，尤其是双环和三环为代表的多环芳烃（PAHs）毒性更大，其中的很多物种已被证明具有很强的致癌、致畸、致突变的风险性，所以在很多国家的有机污染物控制名单中PAHs被列为优先控制污染物。通过呼吸、皮肤黏膜接触、食用含污染物的食物等途径都可能把PAHs物质引入人体，影响人体多种器官的正常功能，引起皮肤、肺、膀胱和阴囊等癌症；使生物体内分泌紊乱、生殖及免疫机能失调、神经行为和发育紊乱等严重疾病。据推算，多环芳烃中的苯并［a］芘对人的最大不致癌富集总量为13.3mg；此外，石油中的苯、甲苯、二甲苯等物质，如果经较长时间的较大浓度接触，也会引起恶心、头疼、眩晕等症状［20，67］。

另外，经野外调查发现，当井下作业完毕清理井场时，首先将大量落地油回收，然后将井场上的落地油连同表土层一起挖走，填埋到低处，再从附近取客土垫平井场，从而达到清理井场的要求。由此导致井场周围形成了许多光板地，使植被覆盖率降低，在盐碱地和作业频率较高的井场尤为明显。这样既污染了低处的草原，又搬走了高处的地表土壤及植被，使之几年甚至十几年不能生长植物。这种挖上埋下的做法，对草原生态的破坏非常严重。对于以草原生态系统和农田生态系统为主的地区，油井呈网状布局，单井以点状、群井以面状性质对开发区的多种自然生态系统造成干扰。油气生产过程中产生的各种有机污染物排入环境后，对大气、土壤、水体、生态环境及人类都会造成一定的影响和伤害，积聚到一定程度就会突然爆发环境危机。世界各国特别是经济比较发达的国家对石油类污染物的研究与防治工作非常重视［152－158］，想方设法尽量避免落地原油的产生，并规定对于废弃油田必须要恢复到油田开发前的土壤含油背景及其生态环境水平，对石油造成的土壤污染开展了全方位研究和修复工作。我国研究者也相继对石油生产带来的环境污染特别是土壤污染开展了各种研究工作，并已取得了一些研究进展［159－172］。近年来油田环境已经向石油生产和人民生活提出了严峻的挑战，那么如何在发展生产的同时有效地保护环境？实现石油生产和社会经济的可持续发展是目前迫切需要解决的一个重要课题。因此开展油田土壤环境中石油类有机污染物的有效检测、迁移特征与防治对策等方面的研究是环境保护领域的一个新的重要研究方向。

大庆年平均降水量435mm，蒸发量1 620.4mm，全区气候比较干旱。大庆原油属于中质石油，它具有高蜡低芳以及高凝固点、高黏度等特点。我们对大庆地区的土壤特点进行了研究，在对研究区采集的五个系列的土壤样品进行比较分析的基础上，挑选出具有区域代表性的典型黑钙土和盐碱土两种质地为壤土类型的土壤作为模拟研究样品。石油开发过程在油田环境中产生大量的石油类有机污染物，它们对大庆土壤环境造成的影响最大，原油被有效利用就是资源，落入环境就是污染物；石油类有机污染物毒性很大，严重危害土壤、水体和人与其他生物的健康；石油类污染物中的芳香烃类化合物对人体的毒性最大，其中的多环芳烃对很多物种具有很强的致癌、致畸、致突变的风险性。