摘要石油泄漏在油田、炼油厂以及在储运过程中均会发生。一旦发生石油泄漏必将引起资源的浪费和环境的污染,应有效予以治理。本文讨论了一些适用的石油泄漏治理技术与设备,包括泄漏油的回收利用,物理一化学处理以及生物治理等。
主题词:环境影响污染源空气污染水污染土壤污染焚烧土地填充微生物
1前言
在石油生产、炼制、储运和销售、使用过程中,由于事故及不正常操作等原因,都有可能发生石油及其产品的泄漏和排放,造成石油资源的浪费和环境污染。当前保护环境的重要性日益为人们所认识,所以对石油及其产品泄漏的预防、处理和治理,受到普遍的重视,如美国在1990年就专门制定了石油污染法,对有意无意排放油料的预防、处理及责任,作了严格的规定。本文就石油及其产品泄漏的处置和治理的近期发展情况,作一简要综述。
2石油污染及危害
2.1石油污染形态
石油及其产品泄漏,如未能及时回收清理,进入环境,一般有4种流动分散形态1[](见图1)。
2.1.1吸附相吸附于土壤及砂石表面,充填于其孔隙中,并不断向周围扩散。一般来说,横向(水平)扩展趋势较弱,而垂直向下运移趋势较强;当然,轻质油品运移速度块,而重质油品运移慢。
2.1.2气化相轻质烃类气化而逸散到大气中。
2.1.3流动相石油漏入地面水,会在水面上迅速扩展,最终形成很薄的油膜;对于重质油也会形成粘稠块状而浮于水面。由土壤渗入地下水的石油,亦在地下水上面形成流动层而运移。
2.1.4溶解相石油烃类溶于地面水或地下水中而随之流动。一般轻组分及芳烃在水中的溶解度较大,如25℃时戊烷在水中的溶解度为38.smg/L,环戊烷为535mg/L,而苯为176omg/L。仁2〕
2.2石油污染的危害
石油烃类污染环境,其对生物的主要危害如下。
2.2.1石油烃类(特别是轻质烃类)会破坏生物细胞壁,因而破坏了生物细胞的生理机能。
2.2.2石油烃类会影响动物的行动能力和保温能力,堵塞生物的呼吸系统,并减少土壤水体中的氧含量,因而破坏了生物生存的物理化学环境。
2.2.3石油烃类及其所含的重金属会通过食物链而在某些生物体内富集,使某些生物死亡,引起生物链比例失调
3泄漏的回收
发现石油及其产品泄漏,应尽快、尽可能完全地予以回收。这样做既可减少损失,亦能减轻对环境的污染及下一步处理的难度。下面主要介绍陆地上常用的几种回收方法。
3.1抽吸
最简单的装置是一个移动式缓冲罐,一端接真空泵,一端接软管(如图2所示)。主要用于抽吸地面上的漏油。也可以在装置内安装固定的真空管网,以便随时抽吸漏油。对于大量的漏油,则需挖掘收集油池,再用泵回收。
图3为水面上漏油的三种收集方式s[],均采用真空泵或电潜泵抽吸
3.2吸附
用聚合物纤维(最常用的是聚丙烯或聚乙烯)作成吸收毡(无纺布)。这种吸油毡因所用的纤维表面亲油,空隙度大,对油具有良好的吸附作用。其吸附容量为本身重量的10倍以上,且吸油毡本身很轻,如.0gXIOOm的吸油毡,自重只有25kg,在水面上吸附油达饱和状态时也不会下沉,所以既能用于地面上漏油回收,亦能用于水面漏油回收。吸附后,可用机械挤压方法将油挤出一般使用6一10次后.吸附容量下降,可在烧块煤的锅炉内燃烧川。
3.3热脱
地面漏油经抽吸回收后,在土壤或砂石表面及空隙内仍残存一部分油,为回收这部分油,可采用热水或水蒸气热脱附的办法回收。具体的作法是,用挖掘机或推土机将被污染砂土集中,筛除大于15mm的石块,与水蒸气或热水混合,从所得的油水混合物中将油回收,废水再经处理后排放。热洗脱设备可用搅拌釜,亦可用螺旋输送式浸出器圈。图4为热洗脱的流程示意
3.4复用
将含有石油烃类污染的砂土加以利用,不失为化害为利的一种方法。如将石油污染土壤以一定比例与粘土混合制坯烧砖,或作铺路材料。据报道圈,美国亚利桑那州一个建筑工地将石油污染土壤预先加水混合,保持湿度为6%,再加入土壤量50%的乳化沥青,铺于地面150mm厚辗压成停车场路面,使用了石油污染土壤2300m3,效果很好。
4物理一化学方法治理
当石油烃类泄漏发现过迟,污染已较大范围扩散,或地面浮油回收后,被污染土壤中石油烃类回收和利用比较困难时,必须对被污染的环境进行净化治理。本节主要讨论物理一化学方法净化治理。
4.1焚烧
焚烧被石油烃类污染砂土所用的炉型有流化焚烧炉、多段炉及回转炉,国外使用较多的为回转炉。图5为一个可移动撬装回转式焚烧炉的示意图图。整个装置分为燃烧炉、后燃炉及烟气净化3个部分,含油砂土与空气并流流过前后两个串联燃烧炉,在900~110℃条件下完成燃烧过程,烟气经净化后放空,燃烧后的砂土经急冷后排出
4.2抽气治理
这种方法适用于轻质油品泄漏污染土壤及地下水的净化治理,是一种就地治理的方法。图6为一个喷气燃料泄漏的就地抽气治理示意阁。该污染区有loom,喷气燃料泄漏,污染面积S000mZ,污染土壤深度15m。于污染区打直井15口,斜井10口,井深15m。在地面安装鼓风机,从各井抽出气体引入催化然烧炉,将土壤中减压气化的石油烃类焚烧,烟气排入大气。经9个月处理,土壤中石油烃类含量由1000~s000mg/kg降至400mg/kg。
4.3填埋
填埋有两种型式,一种是在地面上推筑一圈土堤,形成一个填埋坑;另一种是挖一个填埋坑。两种填埋的示意见图s7[〕。不论那种型式,所选择的填埋地方应是地下水位低,基土(或基石)透水性能差,地面经流冲刷强度低,且离居民区较远的荒地。为防止雨水渗透污染下底层土壤或地下水,在坑底及四周应铺一层不透水层(可用粘土夯实形成不透水层,亦可铺塑料布)。再将被石油污染的土壤,砂石分层填入,每层厚0.6~1.Zm,层间复以0.15~0.3om的粘土,最上层再铺粘土厚0.3一1.om,并作成2~3%的坡度,以便雨水通畅流走。填埋完后,还应在上层复土上种植草本或木本植物
5`生物治理
近年来,生物治理石油污染土壤及地下水的方法得到普通应用和重视,其所以有较大发展,在于它具有以下优点图:
(l)费用低,如污染土壤生化治理的费用约为焚烧处理的12/一13/;
(2)处理效果好,经过生化治理,污染物残留量可以这到很低水平;
(3)对环境的影响低,生化治理最终产物为CO:、水和脂肪酸,对人类无害;
(4)可以就地处理,避免了集输过程的二次污岛节约了处理费用。
一般来说,石油污染土壤和地下水的生化治理都是采用好氧过程,其主要原因是l0[〕:第8期石油炼制与化
(1)好氧系统对降解石油烃类是非常有效的,降解速度也比厌氧系统快得多;
(2)厌氧系统要隔绝空气,对于处理地下水和土壤,这一条要求很难达到,而好氧系统则无此特殊要求;
(3)好氧系统最终产物为CO:、H20,对人类无害,而厌氧系统的产物CH;、HZS对环境会造成新的污染。
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采用微生物处理石油污染能得到有效净化治理的根本因素在于:在土壤和水域环境中,微生物的数量多,微生物多样性丰富,而且能够代谢石油烃类的细菌和真菌种属多,表1列出了80年代中期文献报道的从土壤中分离出的烃类降解细菌与真菌的种属1[’〕。由于微生物适应性强,一旦遭受石油烃类污染,烃降解菌计数可由1护一106/g提高到107~108/g。
下面介绍几个成功利用生物治理净化石油烃类泄漏污染环境的例子。
1989年3月,Exxon石油公司的油轮在阿拉斯加PrineeWilliam海湾发生溢油事故,sh内溢出原油41.7又lo3m,,被污染的海岸线估计为500~60Okm,海滩上砂、石表面被原油覆盖。开始时,用热水清洗,花费大而效果不好,后来即采用就地生物消解,从1989年夏到1990年,就有16k0m海滩上的石油污染得到有效的治理l2[一`4〕。
就地生物消解的措施是,投施营养物,以加速自然存在微生物对污染石油的降解速率。曾试用了三种营养物(肥料),以一种牌号为InioplEAP2的亲油型肥料效果最好。该肥料以尿素为氮源,以十二烷基磷酸为磷源,与油酸和乳化剂配成油包水型微乳化液。1989年第一次试用的情况是,于下午退潮后,向被油污染的海滩喷施营养物,第一次喷施在6月一a日,10天后再喷施一次,每次用量为海滩上残留石油量的5%。喷施前,砂一砾石海滩油污染深度为20~3O0mm,卵石海滩除上层卵石外,下层砾石亦有数十毫米深被污染。喷施后8~10天,已明显看出消解效果,2一3周以后,下层污染也开始被分解,到夏季结束(白天气温为15℃左右),喷施营养物地段已得到净化,而未用营养地段仍含有大量石油污染。从污染海滩中不同碳原子数烷烃的浓度分布分析结果看,对喷施营养物地段,6周后烃类浓度均有大幅度下降,而不施营养物的对照地段,则变化不大(见图8)。在喷施营养物地段近海海水中,未发现有石油由海滩向海水中扩散,亦未发现浮游生物、细菌及营养物异常增长,说明喷施有效营养物后大大增加了石油污染的就地生物降解速率。在此基础上,美国环保署拟在营养物,分散剂及微生物培养等方面进行进一步的研究开发,并拟将此种处理方法推广应用于沼泽地及地面水的石油污染治理上。——论文作者：文联奎郑远扬
