某石油烃污染区域土壤自然衰减恢复效果研究.pdf

在石油勘探、开采、储运与炼制加工过程中，由于不正常操作或不规范检修等原因，会造成石油烃类外溢或排放，从而引起严重的土壤环境污染1。石油烃经过渗透和降雨淋滤作用，绝大部分集中在030 cm深度的表面土壤中，在50 cm以下的土层内有机污染物浓度几乎与背景值相同2。石油大学化工学院对西北地区土壤石油类污染物的垂直渗透规律进行研究3，他们分别对塔里木盆地牙哈油气田，石西油田及玉门青西油田的井场附近土壤坡面中石油烃物质浓度进行测定，结果表明由于土壤的吸附作用，石油污染物随着土层纵向剖面距离的增大，其浓度逐渐降低。测定结果表明，高浓度石油烃主要分布在15 cm土层内，到50 cm 以内污染物降低的很快。东北石油大学张博等4针对石油污染源的迁移进行试验，结果表明石油烃污染物也集中在15 cm 以上，迁移深度在25 cm左右。石油烃修复措施包括物理修复法、化学修复法、生物修复法及监控自然衰减技术等。其中监控自然恢复是通过光照作用、自然挥发、微生物降解等方式对污染物浓度自然消减。监控自然衰减相比其他主动修复手段具有成本低、操作简便、环境影响小、绿色安全及污染物降解彻底等特点，已经成为国内外常用的场地污染修复方式5。西安建筑科技大学相关研究人员研究石油胁迫条件下菌群响应及石油烃在土壤中的自净规律6，结果表明：土壤中石油烃的监控自然衰减技术过程受土壤中土著微生物、光降解和挥发作用的影响，且三者均对石油烃自净起促进作用。对石油烃自净产生影响的三个因素中，微生物是主要作用，其次是挥发作用和光照作用。当土壤中石油烃的浓度低于2 000 mg/kg时，监控自然衰减技术90 d可达到土壤石油烃的自净阈值500 mg/kg。土壤中石油烃浓度为3 000 mg/kg、4 000 mg/kg和5 000 mg/kg时，监某石油烃污染区域土壤自然衰减恢复效果研究娜孜拉扎曼别克1，2，3，4，吴智慧1，2，3，4*，张琳1，2，3，4，塔勒哈尔库尔曼别克1，2，3，4，胡潇涵1，2，3，4（1.新疆环境保护科学研究院，新疆乌鲁木齐830011；2.新疆环境保护科学研究院司法鉴定中心，新疆乌鲁木齐830011；3.新疆环境污染监控与风险预警重点实验室，新疆乌鲁木齐830011；4.国家环境保护准噶尔荒漠绿洲交错区科学观测研究站，新疆乌鲁木齐830011）摘要：以干旱区石油开采油井突发复杂状况导致的石油烃污染土壤作为研究对象，该区域石油烃污染区域面积较大，主要是天然牧草地。在不扰动区域天然植被生态系统的情况下，通过土壤石油烃自然衰减效果监测研究，结果显示：经过2年的自然恢复期，污染区域土壤中石油烃浓度超过对照点基线水平值的面积由原85.6%下降至56.8%，石油烃浓度降解率范围可达到27%99%。表明土壤污染面积较大、石油烃污染物浓度未超过土壤污染风险筛选值时，自然衰减成为土壤污染物恢复的最佳措施。关键词：石油烃污染土壤，自然衰减监测，恢复效果中图分类号：X53文献标识码：A文章编号：1008-2301（2024）01-0015-06娜孜拉扎曼别克，吴智慧，张琳，塔勒哈尔库尔曼别克，胡潇涵.某石油烃污染区域土壤自然衰减恢复效果研究 J.新疆环境保护，2024，46（01）：15-20.收稿日期：2023-11-22作者简介：娜孜拉扎曼别克（1971-），女，哈萨克族，新疆阿勒泰人，本科，高级工程师，研究方向为环境科学。E-mail：通讯作者：吴智慧（1990-），女，湖北郧县人，硕士研究生，高级工程师，研究方向为环境科学。E-mail：第 46 卷 第 1 期2024 年 3 月新疆环境保护Xinjiang Environmental ProtectionVol.46No.1Mar.2024新疆环境保护第 46卷控自然衰减技术90 d后，土壤中石油烃的残存量为1500、2 000和2 500 mg/kg。在 生态环境损害鉴定评估技术指南 总纲和关键环节 第1部分：总纲 中明确规定对于污染环境行为造成的生态环境损害，当生态环境风险不可接受时，应采用人工恢复或人工恢复与自然恢复相结合的方式；当生态环境风险可接受时，宜采用自然恢复方式。对于破坏生态行为造成的生态环境损害，原则上以自然恢复为主，人工恢复为辅。因此，本次研究根据技术指南要求及参考相关研究，结合污染区域土地使用性质、气候环境及本复杂状况产生的土壤污染程度，在不破坏原生态环境的前提下，对该区域采取监控自然衰减技术恢复措施。经过两年的恢复期，对石油烃污染土壤恢复效果进行评估，为后期是否可以种植相关农作物提供参考依据。1 研究区域污染概况本次研究区域选在某采油井发生复杂状况导致石油烃污染土壤区域。污染由中心向四周区域漂移扩散沉降分布，在一定范围内漂移扩散沉降量受井喷压力影响漂移向四周均匀扩散，然后在一定范围外压力影响减弱，扩散受气象条件影响，使得下风向扩散范围有所增大。因此污染面积初步确定为740 km2。以污染源为中心，以放射性同心圆方式在8个方位布点进行土壤监测，接近污染源的位置点位密集，采样深度深，远离污染源的位置点位相对稀疏，采样深度浅。现场监测结果表明：在18号监测线共240个监测点位中，石油烃浓度范围在515 700 mg/kg，其中206个样品中的石油烃不同程度超过对照点基线值，超基线率范围在 0.05355.8 倍。依据现场监测结果，采用Arc GIS空间分析模块对评估区域土壤受损程度和土壤受损范围进行计算。结果表明：石油烃的污染土壤面积达469.59 km2，其中石油烃超过对照点基线值小于1倍的面积为301.41 km2，占总污染土壤面积的64.2%，超过对照点基线值110倍土壤污染面积为162.24km2，占总污染土壤面积的34.5%，超过10倍以上的面积为6.02 km2，占总污染土壤面积的1.3%。其中超 土壤环境质量质量标准 建设用地土壤污染风险管控标准（试行）（GB 366002018）二类建设用地土壤污染风险筛选值4 500 mg/m3的土壤污染面积为0.079 2 km2，占总污染土壤面积的0.02%。石油烃污染物基本富集在0.01.0 m表层土，1.0 m以下土壤中各类污染物浓度保持在基线水平。2区域土壤修复技术筛选1）该污染区域土地主要分为天然草原及农业用地，农用地采用植物修复的方法更易于实施。中华人民共和国土壤污染防治法 第五十七条规定“修复活动应当优先采取不影响农业生产、不降低土壤生产功能的生物修复措施”。受污染耕地治理与修复导则（NY/T 34992019）规定“受污染耕地应当优先采取不影响农业生产、不降低土壤生产功能的生物修复措施”。因此结合受污染面积及污染物浓度，采取植物修复技术对受评估区域内石油污染土壤进行原位治理修复。紫花苜蓿属喜温，耐旱植物，温度是决定苜蓿生长发育的最基本因素。南疆地区年平均气温，无霜冻持续平均为200天，为充分利用光热资源，适合紫花苜蓿条件。目前南疆喀什、和田、巴州地区已种植紫花苜蓿效果可佳7。因此本项目选择采用紫花苜蓿对农田土壤石油烃污染进行修复。需要恢复面积为16.402 km2。2）对于污染区域有经济价值的天然草场，石油烃监测值超过 土壤环境质量标准 中建设用地土壤筛选值4 500 mg/kg，对人体健康产生危害潜在风险，该区域土壤中石油烃监控自然衰减技术很难达到对照点基线值，因此需要人工干预恢复技术来修复。恢复面积为0.079 km2。（3）石油烃检测值低于 土壤环境质量标准 中建设用地土壤筛选值4 500 mg/kg，区域污染面积较大，为453.111k m2，如人工干预修复，区域表面植被被破坏，难以恢复。根据区域土壤污染程度，在不破坏原生态环境的前提下，对该区域石油烃采用监控自然衰减技术恢复措施。根据石油烃监控自然衰减技术机理分析，制定土壤恢复至基线所需要时间为35年。16第1期3石油烃污染土壤自然恢复效果分析为进一步了解石油烃污染土壤自然恢复效果，对复杂状况发生的区域土壤进行了监控监测，监控监测的点位与复杂状况发生期间监测点位相同。3.1与对照点基线水平值比较石油烃监控监测结果表明：18 号监测线，共265个监测样品中，有141个点位的石油烃浓度超过对照基线值，即53.2%点位高于对照点监测值、低于标准筛选值，46.8%点位低于对照点监测值，其中1号线高于对照点监测值的点位有12个，占30.7%；2号线高于对照监测点位有14个，占42.4%；3号线高于对照监测点位有13个，占41.9%；4号线高于对照监测点位有24个，占77.4%；5号线高于对照监测点位有19个，占57.6%；6号点位高于对照监测点位有20个，占58.8%；7号点位高于对照监测点位有21个，占70.0%；8 号点位高于对照监测点位有 18 个，占52.9%。土壤中石油烃监测浓度及超基线率分析结果见图1至图8。事故发生时监测图2020年监测的石油烃C10-C40（mg/kg）石油烃基线值C10-C40（mg/kg）300020001000012141618110113115117119121123125127129131恢复效果监测图2022年监测的石油烃C10-C40（mg/kg）石油烃基线值C10-C40（mg/kg）800600400200012141618110113115117119121123125127129131事故发生时监测图2020年监测的石油烃C10-C40（mg/kg）石油烃基线值C10-C40（mg/kg）350030002500200015001000500022242628210212214216218220222224226228230232234236恢复效果监测图2022年监测的石油烃C10-C40（mg/kg）石油烃基线值C10-C40（mg/kg）100080060040020002123252729211213215217219221223225227229231233235事故发生时监测图2020年监测的石油烃C10-C40（mg/kg）石油烃基线值C10-C40（mg/kg）300025002000150010005000313233343536373839310311312313314315316317318319320321322323324325326327328329恢复效果监测图2022年监测的石油烃C10-C40（mg/kg）石油烃基线值C10-C40（mg/kg）7006005004003002001000313233343536373839310311312313314315316317318319320321322323324325326327328329娜孜拉扎曼别克，等：某石油烃污染区域土壤自然衰减恢复效果研究图11号监测线各点位土壤中石油烃浓度变化比较Fig.1Comparison of changes in petroleum hydrocarbon concentration in soil at various points of monitoring line 1图22号监测线各点位土壤中石油烃浓度变化比较图Fig.2Comparison of changes in petroleum hydrocarbon concentration in soil at various points of monitoring line 2图33号监测线各点位土壤中石油烃浓度变化比较图Fig.3Comparison of changes in petroleum hydrocarbon concentration in soil at various points of monitoring line 317新疆环境保护第 46卷事故监测时监测图2020年监测的石油烃C10-C40（mg/kg）石油烃基线值C10-C40（mg/kg）25002000150010005000414243444546474849410411412413414415416417418419420421422423424425426427恢复效果监测图2022年监测的石油烃C10-C40（mg/kg）石油烃基线值C10-C40（mg/kg）300250200150100500414243444546474849410411412413414415416417418419420421422423424425426427事故发生时监测图2020年监测的石油烃C10-C40（mg/kg）石油烃基线值C10-C40（mg/kg）70006000500040003000200010000515253545556575859510511512513514515516517518519520521522523524525526527528529530恢复效果监测图2022年监测的石油烃C10-C40（mg/kg）石油烃基线值C10-C40（mg/kg）10008006004002000515253545556575859510511512513514515516517518519520521522523524525526527528529530事故发生时监测图2020年监测的石油烃C10-C40（mg/kg）石油烃基线值C10-C40（mg/kg）80006000400020000616263646566676869610611612613614615616617618619620621622623624625恢复效果监测图2022年监测的石油烃C10-C40（mg/kg）石油烃基线值C10-C40（mg/kg）8006004002000616263646566676869610611612613614615616617618619620621622623624事故发生时监测图2020年监测的石油烃C10-C40（mg/kg）石油烃基线值C10-C40（mg/kg）40003000200010000717273747576777879710711712713714715716717718719720721722723恢复效果监测图2022年监测的石油烃C10-C40（mg/kg）石油烃基线值C10-C40（mg/kg）10008006004002000717273747576777879710711712713714715716717718719720721722723图44号监测线各点位土壤中石油烃浓度变化比较图Fig.4Comparison of changes in petroleum hydrocarbon concentration in soil at various points of monitoring line 4图55号监测线各点位土壤中石油烃浓度变化比较图Fig.5Comparison of changes in petroleum hydrocarbon concentration in soil at various points of monitoring line 5图66号监测线各点位土壤中石油烃浓度变化比较图Fig.6Comparison of changes in petroleum hydrocarbon concentration in soil at various points of monitoring line 5图77号监测线各点位土壤中石油烃浓度变化比较图Fig.7Comparison of changes in petroleum hydrocarbon concentration in soil at various points of monitoring line 718第1期3.2与复杂状况发生时污染土壤中石油烃浓度对比复杂状况发生时，石油烃监测浓度范围在 515 700 mg/kg，超基线倍数范围在0.05355.8，占总样品数量的85.8%。经过两年恢复期，超基线倍数范围在0.0220.2倍，超基线率下降至56.8%，污染面积由原来453.111 km2下降至195.7 km2。石油烃浓度超过基线值 10100 倍的土壤恢复率范围在 73%99%，10倍以下土壤恢复率范围在27%63%之间。污染程度较高的区域恢复效果更加显著。比较结果见表1。表1石油烃自然衰减效果Table 1Effect of natural attenuation of petroleum hydrocarbons评价内容石油烃浓度范围石油烃超基线倍数超基线点位占比超过基线10100倍土壤恢复率（%）超过基线10倍以下土壤恢复率（%）复杂状况发生时监测结果（2020年）515 700 mg/kg5355.8倍85.8%/监控监测结果（2022年）8932 mg/kg220.2倍56.8%73%99%22%67%3.3土壤中石油烃浓度平均值对比复杂状况发生时，各监测线中石油烃平均值为2781 265 mg/kg，超基线倍数范围在 5.3227.75倍。经过两年恢复期，石油烃浓度平均值可达到63186倍，超基线倍数范围在0.433.22倍，整个污染区域恢复效果较显著，见图9。20090060030001号监测线 2号监测线 3号监测线 4号监测线5号监测线6号监测线 7号监测线 8号监测线2022年监测的石油烃C10-C40（mg/kg）12656398911032877398457721809061213971862781272020年监测的石油烃C10-C40（mg/kg）图9恢复期恢复效果监测平均值对比Fig.9Comparison of average monitoring values for recoveryeffects during the recovery period4结论1）石油烃污染物浓度超对照点基线值100倍以上土壤恢复率范围在73%99%，石油烃污染物浓度超过对照点基线值 110 倍土壤恢复率范围在27%63%之间。土壤中高浓度石油烃降解率高于低浓度石油烃降解率。2）污染土壤中石油烃超对照点基线值范围原85.6%下 降 至 56.8%，超 过 基 线 污 染 土 壤 面 积453.111km2下降至197.2km2。3）经过两年恢复期，各方向石油烃浓度超过基线水平值原5.3227.75倍降低至0.433.22倍，石油烃降解效果显著。对石油烃污染面积较大、污染浓度不均匀的区域采用监控自然衰减技术治理技术是恢复效果较佳的措施。事故发生时监测图2020年监测的石油烃C10-C40（mg/kg）石油烃基线值C10-C40（mg/kg）400030002000100008183858789811813815817819821823825827831829恢复效果监测图2022年监测的石油烃C10-C40（mg/kg）石油烃基线值C10-C40（mg/kg）100080060040020008183858789811813815817819821823825827831829娜孜拉扎曼别克，等：某石油烃污染区域土壤自然衰减恢复效果研究图88号监测线各点位土壤中石油烃浓度变化比较图Fig.8Comparison of changes in petroleum hydrocarbon concentration in soil at various points of monitoring line 819新疆环境保护第 46卷Study on Restoration Effect of Soil Natural Attenuation in a PetroleumHydrocarbon Contaminated AreaNazira ZAMANBEK1，2，3，4，WU Zhihui1，2，3，4*，ZHANG Lin1，2，3，4，Talhar HURMANBEK1，2，3，4，HU Xiaohan1，2，3，4（1.Xinjiang Academy of Environmental Protection Sciences，Urumqi Xinjiang 830011，China；2.JudicialAppraisal Center of Xinjiang Academy of Environmental Protection Sciences，Urumqi Xinjiang 830011，China；3.Xinjiang Key Laboratory for Environmental Pollution Monitoring and Risk Warning，Urumqi Xinjiang830011，China；4.Junggar Desert-oasis Ecotone Station for Scientific Observation and Research of NationalEnvironmental Protection，Urumqi Xinjiang 830011，China）Abstract:Taking the soil contaminated with petroleum hydrocarbons caused by sudden and complex conditionsin oil wells in arid areas as the research object，the area of petroleum hydrocarbon pollution in this area is relativelylarge，mainly natural grasslands.Under the condition of undisturbed natural vegetation ecosystem in the area，monitoring and study on the natural attenuation effect of soil petroleum hydrocarbons showed that after a 2-yearnatural recovery period，the area where the petroleum hydrocarbon concentration in the polluted area soil exceededthe baseline level of the control point decreased from 85.6%to 56.8%，and the degradation rate of petroleumhydrocarbon concentration can reach a range of 27%to 99%.It showed that natural attenuation is the best measureto recover soil pollutants when the soil pollution area was large and the concentration of petroleum hydrocarbonpollutants does not exceed the screening value of soil pollution risk.Key words:petroleum hydrocarbons polluted soil，monitoring of natural attenuation，restoration effect参考文献:1 郑远扬.石油污染生化治理的进展J.国外环境科学技术，1993，（3）：46-50.2 纪学雁，刘晓燕，李兴伟，等.分层土柱法研究石油污染物在土壤中的迁移J.能源环境保护，2005，19（01）：43-45.3 耿春香，路帅.西北地区土壤中石油类污染物的垂直渗透规律J.环境污染与防治，2003，25（02）：60-61.4 张博.石油污染物在土壤中迁移规律及修复技术研究D.大庆：东北石油大学，2017.5 李元杰，王森杰，张敏，等.土壤和地下水污染的监控自然衰减修复技术研究进展J.中国环境科学，2018，38（03）：1185-1193.6 马闯.石油烃在土壤中的迁移转化和土壤菌群响应特性研究D.西安：西安建筑科技大学，2020.7 郭选政，米克什贾纳提.新疆干旱地区紫花苜蓿种植技术要点J.四川草原，2005，（07）：58-60.20