厄瓜多尔TARAPOA石油区块原油污染土壤修复技术选型研究刘巍

工业、生产182017年第7期厄瓜多尔TARAPOA石油区块地质构造上位于南美大陆奥连特盆地，面积约1047km2。地理位置位于厄瓜多尔东北部，亚马逊河流域内，距首都基多东约400km。该石油区块的石油勘探活动已有80多年的历史，期间因各种原因导致产生了大量的污染土壤。如何优选最适合本地区的污染土壤修复技术，是石油公司的一项重要工作。本文将开展TARAPOA地区的污染土壤现状调查，确定污染土壤属性，根据该地区的水文、土壤、地质、气候等条件，筛选出适宜该地区应用的污染土壤修复技术。1 TARAPOA石油区块土壤污染现状评价1.1 土壤中污染物来源TARAPOA区块内的作业石油公司在2009年和2012年对该油区土壤污染情况进行了采样调查，并对当时的146个采样点进行了实验室分析，基本确定了土壤污染物的成分。根据当时的实验数据显示，该区块土壤的污染来源为原油污染，其主要污染物为总石油烃，不存在重金属和多环芳烃超标问题。1.2 土壤的污染程度评估土壤中的污染物通常会发生扩散迁移，若采用取样检测来调查其污染程度，将造成巨大的经济成本和工作量。可根据土壤中是否存在原油及挥发油气的情况来判断被调查场地土壤是否被污染及其污染程度。可采用经验法对样品进行“视觉（目视）、触觉（手触摸）与嗅觉（鼻闻）”感官定性判断其污染程度。按含油量将土壤中的油污显示分为“老化油块”、“含油污泥”和“有油气味”，具体油污显示评价分为干化焦块、老化油块、含油污泥和有油气味4种。其中干化焦块已不具有污染性，老化油块和含油污泥归为严重污染，有油气味则为轻度污染。同时按照污染严重程度对不同油污显示设定污染程度系数，即老化油块污染程度系数赋值为30；含油污泥污染程度系数赋值为15；有油气味污染程度系数赋值为1。以调查的场地为单位，划分出场地中采掘样品中的每种油污显示所占的比例，再乘对应的污染程度系数，最后把该场地3种油污显示计算得出的分值相加，得到该场地污染程度的最终评分。将评分从宏观上划分成4个等级，分别为严重污染（评分≥1200）、一般污染（800评分1200）、轻度污染（评分≤800）、无污染（评分=0），为后续提出有针对性的修复方案提供依据。1.3 土壤的污染量计算现有历史数据中，只有两次土壤污染物成分的实验室分析报告，需对该地区的污染土方量进行计算。根据多次实地考察情况，绘制污染场采样点的GPS定位坐标及油污显示分布与面积图，并按坐标尺度计算污染面积。结合洛阳铲取样情况确定污染深度，一般干旱地和湿泥地的污染深度不超过1m，沼泽地、水域地和水坑或水沟的污染深度按0.5m计算，再根据污染面积得出污染土壤的土方量。2 国内外污染土壤修复技术评价分析国内外在应用的各种污染土壤修复技术的主要特点、适宜条件、技术指标，对比各自的优势与不足。目前，根据处理时是否改变污染土壤的位置，又可分为原位与异位修复。应用较多的原油污染土壤的修复方法主要有微生物修复技术、物理化学修复技术、综合修复技术等。2.1 物理化学修复技术2.1.1土壤气相抽吸技术土壤气相抽吸（SoilVaporExtraction，SVE）是原位修复技术，通过在地下层不饱和带抽提气相达到强化土壤空气的定向流动的目的，流动气相将挥发性有机污染物带出土壤。SVE方法多用来修复含挥发性有机污染物的非饱和带土壤，比较适用于均质的、渗透性较好的非饱和带污染土壤。通常对于轻质、易挥发石油产品污染土壤的修复最为理想，而对于煤油、燃料油、柴油等污染土壤的修复效果不佳[1]。2.1.2土壤清洗技术土壤清洗（SoilWashing，SW）是异位修复方法。先将污染土壤中较大颗粒物筛选出去，之后用清洗液清洗吸附污染物的较小颗粒，使污染物转移到液相，再经二次处理。SW对土壤中的（半）挥发性有机物、石油、多氯联苯、多环芳烃的修复均适用。该方法不适用于含粉砂比例刘巍中国石化集团国际石油勘探开发有限公司北京100029摘要：采用实验分析加经验法对厄瓜多尔TARAPOA石油区块土壤污染现状进行评估，明确该地区污染土壤的特征。研究国内外在用的土壤修复技术，分析各种技术的主要特点和适宜条件，比对各自的优势与不足。结合TARAPOA区块的污染土壤特征，以及当地的水文、地质、土壤和气候等条件，优选出适宜该地区的污染土壤修复技术。关键词：厄瓜多尔 亚马逊 原油  污染土壤 修复技术ResearchofremediationtechnologyofcrudeoilcontaminatedsoilinTARAPOAblockinEcuadorLiu WeiSinopec，InternationalPetroleumExplorationandProductionCo.，Beijing100029Abstract：Evaluate the pollution status and make sure the characteristics of contaminated soil in TARAPOA block by the method of experimental analysis and experience. Research in the soil remediation technologies at home and abroad，analyze the main characteristics and applied conditions of various technologies，and compare their advantages and disadvantages. Optimize the remediation technologies of contaminated soil suitable for the TARAPOA region combining with the feature of contaminated soil in TARAPOA block，as well as the local hydrology，geology，soil and climate conditions.Keywords：Ecuadorian； Amazon； crude oil； contaminated soil； remediation technology192017年第7期工业、生产过高的污染土壤。2.1.3土壤淋洗技术土壤淋洗（SoilFlushing，SF）是原位修复技术，与油田二次采油常用的“水驱”、“聚驱”的技术原理相似。SF修复过程中，注射井（或渗透井）使淋洗液流经污染区，土壤中的石油污染物在驱动力作用下，被淋洗到可被地下水井抽出的区域，用设备抽出混有污染物和淋洗液的地下水，再经二次处理。土壤的渗透性直接影响淋洗的效果，土壤空隙越大，处理效果越好。2.1.4化学氧化技术化学氧化（ChemicalOxidation，CO）法是将化学氧化剂注入到地下环境中，土壤中的污染物通过化学反应转化为无害物质。化学氧化技术降解石油烃的速度快，如果反应时间足够，可以将土壤中的油烃污染物氧化为CO2和H2O。CO方法主要用于修复地下饱和带和毛细带的石油污染，对于面积大、污染物浓度低的污染物在经济上不合算，常应用在小面积、石油污染严重的区域。2.1.5热解吸方法热解吸（ThermalDesorption，TD）是一种异位修复方法，在特定设备中对污染土壤加热，转化为气态的水蒸气、挥发态有机物被载气或抽真空系统收集后送至气体处理系统。土壤热解吸技术是一种环境友好技术，不受污染物浓度影响，处理效率≥99%，；但该技术处理设备成本高，耗能大，对土壤类型要求较高，修复成本高[2]。2.2 微生物修复技术微生物修复法是将含强化菌种、营养物质、空气等注至污染土壤，增加受污染土壤中的有机物挥发速率和生物降解速率，并使堆体中的油质在适宜的含氧量、温度、湿度条件下，经本土和外加好氧微生物的作用快速降解，缩短油质分解的时间，达到修复土壤的目的。2.2.1生物通风技术由于土壤中的原油污染物降解会降低土壤中的氧气的浓度，增加二氧化碳，从而抑制污染物进一步生物降解。生物通风技术可通过在污染现场安装通风装置，提高污染区域空气或氧气含量水平，提高生物降解能力。通气的同时也可向污染区添加营养物质刺激本源微生物的生长代谢。生物通风技术可以降解挥发度较小的有机污染物和较低渗透性的土壤[3]。2.2.2土壤耕作技术土壤耕作技术（Landfarming）是原位生物修复方法，植入生物菌来降解土壤中石油污染物；修复过程中，要把被污染的表层土壤（小于1.5m）挖出铺开，在土壤中增加氧气或添加营养物以增加好氧降解微生物的活性；生物活性的提高也利于土壤中吸附态石油污染物的降解。2.2.3生物堆技术生物堆技术（Biopiles）的修复过程与Landfarming相似，但却是一种异位生物修复方法。污染土壤挖开堆置后，添加调理剂、矿物质、营养物、水分，凉置曝气，控制温度与pH值来刺激好氧微生物生长，从而降解石油烃污染物。影响Biopiles修复结果的参数包括土壤质地、渗透性、湿度、堆密度等。Biopiles方法对很多类型石油烃污染物均有较好效果，轻质油（如汽油）含较多挥发性有机物，处理过程中会通过供氧挥发去除；较重的石油烃（如柴油、煤油、燃料油等），不易挥发，主要通过生物降解去除[4]。2.2.4生物泥浆技术生物泥浆技术（Bioslurry）是一种异位生物修复方法，将污染土壤挖出后置于生物反应器，并与水、添加剂、营养物、表面活性剂、石油降解菌等混合成泥浆状，在供氧条件下剧烈搅拌，使微生物与石油污染物接触反应。Bioslurry强化了营养物、电子受体及添加物的效果，因而烃类物质的生物降解速率比其它生物修复过程快，修复时间可在30到180天内完成。Bioslurry对轻质石油烃污染土壤的修复效果非常好。3 TARAPOA石油区块原油污染土壤修复技术筛选3.1 土壤修复技术筛选TARAPOA石油区块污染土壤主要是原油污染，土壤污染存在非均质性，主要污染物石油烃超标，重金属和多环芳烃不超标。通过评估计算，该地区污染土方量大，不同场地内污染程度不同。修复技术的筛选，还要结合所在地区的水文、土壤、地质、气候等条件综合考虑。TARAPOA石油区块地处厄瓜多尔亚马逊热带雨林，地表环境极其复杂。该地区地表植被茂盛，气候高温潮湿，水体流动能力弱，土壤渗透性差。结合各类修复技术的优缺点，从技术可行性、修复周期、修复效果上综合比较，易采用异位修复技术。土壤清洗法、化学氧化法、生物堆法、土壤耕作法均可行。技术筛选见表1。表1 原油污染土壤修复方法筛选序号技术名称现场条件技术特点是否适合1土壤气相抽吸主要为原油污染，热带雨林地区，地表植被茂盛，污染程度不一，黏土土质，渗透性差适用于处理挥发和半挥发性污染物，且要求土壤渗透性好否2土壤清洗异位修复，适合各种类型土质，修复快速、彻底是3土壤淋洗原位修复，TPH 去除率低否4热解吸适合低含水土壤，TPH去除率高，但能耗高否5化学氧化修复快速、彻底，适合较重成分油品是6生物通风适合原位修复，成本较高否7土壤耕作原位、异位均可，修复时间较长是8生物堆异位修复，周期长，成本相比土壤耕作法要高是9生物泥浆异位修复，但处理成本高否10植物法技术尚不成熟，未开展规模应用否3.2 工艺方案确定采用易位修复方法，需对污染土壤进行挖掘搬运。在污染土壤挖掘过程中，对于高含油土壤（严重污染等级）单独堆存处理，先采用土壤清洗处理方法快速降低土壤中TPH含量，清洗处理后再与一般污染土壤合并处理。对于一般污染土壤考虑到处理成本，采用化学氧化和生物处理方法均可，工艺路线如图1所示。图1 工艺线路图（下转第15页）152017年第7期工业、生产液分离是预处理系统的主要作用之一，如果样品中的水分不能有效的去除，水会堵塞过滤器的过滤膜。样品预处理系统改造前如图2所示。P图2 改造前的预处理图通过对样品预处理系统和样品传送系统的分析，发现样品管线伴热保温措施不到位，在样品传送中不能保证样品