室外石油类污染物迁移与修复治理技术

5.2.1　石油污染物纵向迁移特征

在石油污染物室外整体迁移模拟实验研究中，室外样点1与样点2石油污染物纵向整体模拟定量迁移特征如图5－3所示。从图5－3可以看出，左侧样点1的污染物纵向迁移特征总趋势表现为，随深度增加，在不同中心距处的土壤中石油污染物数量是逐渐降低的，但在中心距为20cm处的土壤中石油含量明显高于其上10 cm处的土壤中含油量；平面上不同中心距的土壤样品中石油类污染物含量差别不明显，只是在40cm深度下随中心距增加污染物浓度具有明显的递减特征。在模拟25年的石油污染物迁移实验过程中，在深度为40cm处残余的石油量已经很低，土壤含油大约＜0.08mg/g，如果再考虑到28年中的微生物降解作用，那么石油类污染物在大庆土壤中迁移过程的降解率是很高的。

图5－3　室外整体模拟石油污染物纵向迁移特征

室外样点2在原始含油率高于样点1的情况下，在29年的石油污染模拟迁移过程中，土壤中剩余的石油污染物数量明显少于模拟25年的样点1，在8cm以上的表层土壤中含量最高也只有约0.95mg/g左右，整体上在不同中心距处的土壤中，随深度增加石油污染物含量迅速降低，经过25年的降解，到深度为28cm处，土壤中已没有石油污染物存在。经详细分析可知，在中心点、距中心点5cm及 10cm土壤中，虽然纵向上石油污染物含量随深度增加而降低，但同时平面上污染物含量又有随中心距增加而增多的特点，在12cm深度处特征最明显，在18cm深度处，中心距为5cm处的样品污染物浓度最大；12cm和7cm深度处，最高值出现在离中心10cm的地方；18cm和23cm深度处，最高值出现在离中心15cm的地方。因此，从横向看，均为距中心一定距离处的土壤中污染物含量最高，随着深度的增加，污染物含量最高值出现的位置离中心越远。从纵向看，距离中心位置相同距离处（包括中心位置），污染物的含量随深度增加而降低。这可能是浓度梯度的结果，浓度梯度越大，溶质扩散动力越大。

室外两样点整体石油污染物的迁移总的特征是，在中心距相同的纵向上，污染物含量随深度的增加而降低；相同深度的横向上，除表层土壤外，污染物含量并不总是在中心处最高，而是具有随着远离中心而增加的趋势。以上特征证明了石油污染物在随降雨向下迁移过程中，迁移主流并不是沿垂直方向进行的，而是说明污染物的浓度梯度越大，迁移（或扩散）势（迁移（或扩散）的动力）越大，迁移作用就越容易进行。

室外整体石油污染物的迁移模拟规律说明，大庆地区典型土壤对石油类污染物的吸附降解能力很强，在模拟时间较短、微生物降解作用较小的条件下，模拟29年自然降水量，石油类污染物完全可被控制在30cm以上的地表土壤中，无法达到地下潜水层，因此不会造成地下水层的石油污染；但由于地表土壤中含有较多的石油污染物，所以还会对土壤生物造成一定的影响，也需要在石油生产过程中引起注意，尽量避免落地原油的产生，做到既可防止环境污染，又能提高生产经济效益的双赢结果。

5.2.2　石油污染物横向迁移特征

图5－4　室外整体模拟样点1石油污染物横向迁移特征(www.xing528.com)

室外样点1石油污染物的横向定量迁移特征如图5－4所示。可见，经过25年的模拟迁移降解过程后，地表土壤中只是在石油施加点污染物残留量较大，其他深度与横向的土壤中含油率很低，在30cm深度下污染物沿水平方向扩展到15cm处已所剩无几，到20cm处就基本消失殆尽。而且如果从过污染原点的某个纵向剖面看，污染物分布呈现的是以污染原点为中心的正态分布规律；如果从横向剖面上看，污染物分布则呈现出以污染源点为中心向外逐渐依次递减的圆环状类波纹减弱的规律。

由于土壤对有机污染物的吸附实际上是由土壤沉积物中的矿物组分和土壤（沉积物）有机质两部分共同作用的结果，在土壤—水体系中，土壤对非离子性有机化合物的吸着主要是溶质的分配过程（溶解），即石油中非离子性有机化合物可通过溶解作用分配到土壤有机质中，并经过一定时间达到分配平衡，因大庆土壤中的有机质含量较高，土壤中油污的石油类疏水性有机组分与土壤中有机质具有很大的热力学亲和力，它们容易通过分配作用与土壤有机质达成分配平衡，尤其是与吸附能力强的腐殖类有机质之间存在着密切关系。因此，如图5－5所示，一般石油类有机污染物在土壤中可形成土壤—石油复合体的形式残留在土壤中，由于石油本身的特征决定其他以游离状态存在的大部分污油以非水溶态存在，小部分以水溶态存在于土壤之中。所以，本书在研究过程中提出了油污土壤中有机质存在“稳定状态”与“活化状态”的概念。可将以石油—土壤复合体形式存在的石油类有机污染物称为“稳定状态”，将以游离状态存在的石油污染物称为“活化状态”。一般情况下，处于“稳定状态”的石油类污染物与土壤有机质结合紧密，难以发生迁移；而以“活化状态”存在的石油类污染物则是土壤中的活跃部分，比较容易发生迁移作用。土壤中各级颗粒的含量多少、形态、结构及化学组成都对石油类污染物的吸附能力有重要影响，它们与石油类有机污染物之间相互作用力的大小也是决定石油类污染物“稳定”与“活化”的重要因素。大庆油污土壤中的石油类污染物非常容易吸着、分配于土壤中，在短时间内可形成小范围的土壤高浓度石油污染；污染形态往往是石油浓度大大超过土壤颗粒的吸附量形成石油—土壤复合体，过多的石油以游离态存在于土壤空隙中。另外，还可将土壤中吸附有机污染物的组分或吸附位置分成无机矿物表面、无定形的土壤有机质和凝聚态的土壤有机质三个部分，其中有机污染物在溶解相上的吸附是一个分配过程，有机污染物在此相中具有较大的扩散系数，吸附与解吸的速率都很快，不会发生滞后现象；相反在孔隙填充相中的吸附与解吸的速率较慢，存在解吸的滞后现象。

图5－5　油污土壤的结构特征

另外，由于土壤中存在着大量的有机和无机胶体、各种微生物和土壤动物等以及阳光对石油污染物会产生的光化降解作用和氧化降解作用，使进入土壤中的石油污染物通过土壤的物理、化学和生物等过程不断地被吸附、分解、挥发、迁移和转化。总的来看，土壤中石油类有机污染物的迁移转化作用大体上可分为迁移作用和降解作用两大类，具体又可分为轻质烃挥发、地表漫流、向土壤中扩散以及向地下迁移和氧化降解、光化降解以及土壤微生物降解作用等主要作用类型，如图5－6所示。

图5－6　土壤中石油类有机污染物的迁移转化作用

由于光化降解作用主要受两个方面控制：①经过分配作用逸散在大气中的部分，受到直接的光照而发生有效的降解；②在土层中的石油类物质，只有最表层的一小部分可以受光照而发生降解。而研究区处于光照时间较短、降水量少、气候比较寒冷的地区，油污土壤中的绝大部分石油类污染物滞留于土层中，它们很少受到光照的影响而发生光解；在降水量不多的条件下如果不是在泡沼区内也很少发生地表漫流现象；另外，由于大庆原油的植物成因特征使其富含穿透能力差的较高分子石油组分，因此对于在研究区土壤环境中的石油类污染物来说，受光解以及挥发掉的石油污染物相对数量不多；因此在大庆油区土壤中最主要的作用应为在土壤中的扩散、迁移与降解作用。

综合大庆油区土壤特征及其中石油类污染物的模拟迁移特点和存在状态，在大约25年的时间里，大庆土壤中石油类污染物大部分以“稳定状态”保持于油区土壤中，而且主要是在纵向40cm以上和横向20～30cm以内的范围内残留。所以，大庆油田土壤中石油类有机污染物主要被截留在土壤表层，也就是说大庆油区土壤中石油污染防治的重点在于浅层。