本文關(guān)鍵詞：油田區(qū)土壤石油污染特性及理化性質(zhì)關(guān)系，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

　第60卷　第3期　　2009年3月　　化　工　學(xué)　報(bào)　　　　CIESC　Journal　　　　　Vol.60　No.3

　　March　2009

研究論文

油田區(qū)土壤石油污染特性及理化性質(zhì)關(guān)系

賈建麗1,劉　瑩1,李廣賀2,張　旭2

1(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,北京100083;2清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系,北京100084)

摘要:基于不同區(qū)域環(huán)境下油田區(qū)石油污染土壤的調(diào)查取樣,對(duì)土壤的石油污染特性及其與理化性質(zhì)的關(guān)系進(jìn)行探討,為油田區(qū)污染土壤生物修復(fù)提供非生物學(xué)依據(jù)。結(jié)果表明,油田區(qū)土壤受到了不同程度的石油污染,含油率最高達(dá)23%,超過(guò)環(huán)境背景值的500～1000倍。土壤石油組分中烷烴、芳烴等輕質(zhì)組分占總量的50%以上,可為生物修復(fù)或與其他修復(fù)措施的聯(lián)合開(kāi)展提供可靠的物質(zhì)基礎(chǔ)。土壤含油率與含水率存在制約關(guān)系,當(dāng)含油率超過(guò)8%時(shí),土壤含水率普遍低于5%。石油污染土壤有機(jī)質(zhì)含量與含油率呈正相關(guān)關(guān)系,當(dāng)土壤含油率超過(guò)7%時(shí),土壤有機(jī)質(zhì)含量普遍高于10%。調(diào)查油田區(qū)的土壤質(zhì)地以粉壤土和砂土為主,占油田土樣總數(shù)的65%,可為生物修復(fù)提供較好的土壤條件。

關(guān)鍵詞:石油污染土壤;污染特性;油田區(qū);理化性質(zhì)中圖分類號(hào):X53　　　　　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):0438-1157(2009)03-0726-07

Contaminationcharacteristicsanditsrelationshipwith

physicochemicalpropertiesofoilpollutedsoilsinoilfieldsofChina

JIAJianli,LIUYing,LIGuanghe,ZHANGXu

1

1

2

2

1(SchoolofChemical&EnvironmentalEngineering,ChinaUniversityofMining&Technology(Beijing),2

Beijing100083,China;DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)

Abstract:ThecontaminationcharacteristicsofoilpollutedsoilswereanalyzedbyinvestigatingandsamplingindifferentoilfieldsofChina,anditsrelationshipwiththephysicochemicalpropertieswasinvestigatedindetailinthisresearch.OilcontentsandcomponentanalysisindicatedthatthesoilsinoilfieldsofChinawerepollutedbypetroleumuniversally,withthehighestoilcontentreaching23%,whichwas500—1000timesasmuchasthebackgroundvalueofoilinunpollutedsamples.Thelightcomponents,includingalkanesandaromaticcompoundsaccountedformorethan50%ofthetotalhydrocarbon,andwerereadilydegradedbybacteriaandimprovedthedegradingmicrobeactivitiesthantheheavyoilcomponents.Thewatercontentsofsoilsinoilfieldsdecreasedtobelow5%mostlywhenoilcontentswerehigherthan8%,whichindicatedthatthewatercontentswererestrictedbycrudeoilincontaminatedsoilsindifferentoilfields.Theorganicmattercontentsofsoilswereinpositivecorrelationwithoilcontents,thereforetheorganicmattercontentsincreasedtoabove10%whenoilcontentswerehigherthan7%.Themajorsoiltextureoftheinvestigatedoilfieldswasfinedorasandsandyclay(65%ofthetotalsoilsamples),whichcouldprovidesuitablesoilconditionforthebioremediationofoilcontaminatedsoilsinoilfieldsofChina.

Keywords:oilpollutedsoils;contaminationcharacteristics;oilfields;physicochemicalproperties

　　2008-10-28收到初稿,2008-11-25收到修改稿。

聯(lián)系人及第一作者:賈建麗(1977—),女,博士,講師�；�金項(xiàng)目:中國(guó)水利水電科學(xué)研究院開(kāi)放研究基金項(xiàng)目;國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(40672162)。

　　Receiveddate:2008-10-28.

Correspondingauthor:Dr.JIAJianli.E-mail:jiajianli77@

126.com

Foundationitem:supportedbytheOpenResearchFundPro-gramofChinaInstituteofWaterResources&HydropowerandthealNaturalFoundationof).

　第3期　　賈建麗等:油田區(qū)土壤石油污染特性及理化性質(zhì)關(guān)系

·727·

引　言

我國(guó)大部分油田區(qū)和石油化工區(qū)土壤均受到了石油及其煉化、裂解產(chǎn)物的污染,經(jīng)長(zhǎng)期風(fēng)化與淋濾成為地下水和地表水體的長(zhǎng)期污染源[1-3]。研究表明,土壤理化特性包括含油量、組分與性質(zhì)、土壤結(jié)構(gòu)、水分含量、鹽度、溫度、酸堿度、氧含量、營(yíng)養(yǎng)水平等因子變化與分布所構(gòu)成的非生物學(xué)特性,是制約石油生物降解速率和石油污染土壤生物修復(fù)效應(yīng)的關(guān)鍵因子。而非生物與生物因子之間所具有的內(nèi)在作用關(guān)系構(gòu)成了石油污染土壤微生態(tài)環(huán)境的重要內(nèi)涵。但是目前的研究多關(guān)注生物修復(fù)效率、機(jī)制和修復(fù)過(guò)程中的微生物種群等特性,對(duì)特定區(qū)域環(huán)境下土壤受到石油污染后土壤特性的改變則缺乏系統(tǒng)分析和研究,然而區(qū)域油田區(qū)石油污染土壤非生物學(xué)特性影響微生物修復(fù)技術(shù)的選擇與修復(fù)效應(yīng)的準(zhǔn)確定位,對(duì)其進(jìn)行深入探討可為我國(guó)量大面廣的油田區(qū)石油污染土壤的治理與功能恢復(fù)提供充足的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和背景資料,對(duì)污染土壤的修復(fù)起到重要的指導(dǎo)作用。

本研究基于不同氣候、地理等區(qū)域環(huán)境下6大油田區(qū)的調(diào)查與取樣,對(duì)其土壤的石油污染特性和其他理化性質(zhì)調(diào)查和分析,量化非生物學(xué)因子水平,揭示石油污染特性和非生物因子之間的關(guān)系,為污染土壤微生物學(xué)特性制約因子的評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

[9-13]

[4-8]

與油田區(qū)基本地理與區(qū)域概況如表1所示。各油田原油則分別取自油田輸油泵站,以取樣瓶取回后密封保存待分析。1.2　試驗(yàn)方法

1.2.1　油田區(qū)土壤含油率測(cè)定　本研究基于傳統(tǒng)索氏抽提法,結(jié)合超聲波萃取,以超聲波加索氏抽提法對(duì)土壤含油率進(jìn)行測(cè)定:稱取5g左右混勻土樣,加入適量無(wú)水硫酸鎂,脫水;將混合物放入250ml錐形瓶中,加入100ml三氯甲烷(分析純),超聲振蕩30min;振蕩后混合體系經(jīng)中速濾紙轉(zhuǎn)移至索氏抽提器,再加入適量新鮮氯仿,75℃水浴抽提,至抽提筒中氯仿無(wú)色為止;將濾紙取出,將抽提筒中的氯仿倒入抽提瓶,70～75℃水浴加熱回收氯仿,將殘留液揮盡氯仿,稱重。土壤含油率按下式計(jì)算

含油率=

m×100%m2

式中　土壤含油率以干土為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算,%;m1為石油質(zhì)量,g;m2為干土質(zhì)量,g。

1.2.2　石油烴組分構(gòu)成分析　鑒于石油組分的復(fù)雜性,利用柱色譜對(duì)各油田的原油組分進(jìn)行分析,并以柱色譜方法烴的組分構(gòu)成。

[1]

測(cè)定各油田污染土壤中提取石油

1.2.3　油田區(qū)土壤其他理化性質(zhì)測(cè)定　利用“Micro-Plus型馬爾文儀”(測(cè)量范圍0.05～500μm)對(duì)油田區(qū)土壤的粒徑和比表面積進(jìn)行測(cè)定。由各樣品不同粒徑的顆粒組成查得對(duì)應(yīng)的土壤質(zhì)地[14]。其他土壤的理化性質(zhì)參照土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析相關(guān)方法進(jìn)行,其中pH值測(cè)定采用電位法,可溶鹽含量測(cè)定采用質(zhì)量法,速效氮(EN)、速效磷(EP)含量采用MgO-代氏合金蒸餾法和NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法,土壤有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定采用高溫外熱重鉻酸鉀氧化法,土壤含水率測(cè)定采用烘干法[1,14]。

1　材料與方法

1.1　試驗(yàn)材料

供試土壤取自中國(guó)內(nèi)陸東北(大慶油田,DQ)、西北(長(zhǎng)慶油田,CQ;玉門油田,YM)、華北(華北油田,HB)、華南(江漢油田,JH)和華東(勝利油田,SL)等具有不同地理、氣候等區(qū)域環(huán)境的6個(gè)油田10～25cm土壤,土壤樣品

表1　油田區(qū)地理概況與基本信息

Table1　Basicpropertiesofsamplingsitesandoilfields

OilfieldCQDQHBJHSLYM

SampleCQ1—CQ5DQ1—DQ10HB1—HB6JH1—JH6SL1—SL11YM1—YM10

Physiognomyandmeteorologiccharacter

basin,loesslandform,continentalmonsoonclimate,averagetemperature7—10℃

lowplain,continentalmonsoonclimateoftemperatezone,annualaveragetemperature6.2℃

plain,semi-humidcontinentalmonsoonclimateofwarmtemperatezone,annualaveragetemperature12.1℃lowplain,sub-tropicalclimatedominatedbymoistmonsoonwinds,annualaveragetemperature16.1℃lowplain,semi-humidcontinentalmonsoonclimateofwarmtemperatezone,annualaveragetemperature12.5℃gobiwasteland,droughtcontinentalmonsoonclimateoftemperatezone,annualaveragetemperature6.9℃

·728·

化　工　學(xué)　報(bào)　　第60卷　

2　結(jié)果與討論

2.1　油田區(qū)土壤石油污染特性2.1.1　油田區(qū)原油特性　原油特性和組成決定了各油田區(qū)石油污染物的生物可利用性,并對(duì)石油污染土壤生物修復(fù)效率和周期有著重要的影響,是評(píng)價(jià)石油生物修復(fù)效應(yīng)的重要依據(jù)。

原油柱色譜分析的各組分比例受石油性質(zhì)、成熟度及后期變化影響顯著,同時(shí)也決定了石油的物理性質(zhì)。統(tǒng)計(jì)中國(guó)6大油田不同采油區(qū)的石油成分的相對(duì)含量,結(jié)果如表2所示。

圖1　不同油田區(qū)土壤含油率

表2　各油田原油組分含量Table2　Componentsofcrudeoilin

differentoilfields

OilfieldCQDQHBJHSLYM

Alkane/%—57.1—77.353.19—65.32

62.2385.5564.91—70.31

Aromatic

hydrocarbon/%

—15.4—24.8

—17.468.0014.87—14.94

14.985.31Colloid

/%—

Bitumen/%2.087.2—21.220.10—29.26

5.321.1415.69—22.45

Fig.1　Oilcontentsofcontaminatedsoils

超過(guò)環(huán)境背景值的500～1000倍。SL油田土壤含

油率在6個(gè)油田中是最高的,而CQ和DQ油田土壤含油率則相對(duì)較低。同時(shí),油田區(qū)土壤含油率隨時(shí)間和空間分布呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性。主要體現(xiàn)在石油烴含量在土壤剖面垂向遞減分布和距中心污染源的向外遞減輻射趨勢(shì)[1]。各油田土壤中較高的含油率對(duì)于生物修復(fù)造成一定難度。

2.1.3　油田區(qū)土壤石油烴組分構(gòu)成　以柱色譜方法對(duì)不同油田土壤中提取的石油組分含量進(jìn)行測(cè)定,取各油田平均值作圖,結(jié)果如圖2所示。

由表2可知,在不同油田原油組成中,SL和DQ油田原油總烴(烷烴加芳烴)含量最高,達(dá)90%以上,膠質(zhì)和瀝青含量不足10%。其他油田原油總烴含量稍低,但也高于70%～80%。表明調(diào)查油田區(qū)的原油組分以烷烴和芳烴等易生物利用的烴類物質(zhì)為主。

2.1.2　油田區(qū)土壤含油率　不同油田區(qū)石油污染土壤含油率的分析結(jié)果見(jiàn)表3。圖1表示各油田區(qū)土樣的含油率分析結(jié)果。

表3　各油田區(qū)土壤含油率與背景值比較Table3　Backgroundandmeasuredvalueof

oilindifferentoilfieldsoils

OilfieldCQDQHBJHSLYM

Backgroundvalue/%

0.00520.0048—0.012—0.0150.0024—0.0035

—

Measuredvalue/%

0.04—0.40.05—6.80.5—11.55.0—17.00.2—23.00.02—10.0

圖2　各油田土壤石油烴組分含量Fig.2　Componentsofoilconsistedinsoils

由圖2可見(jiàn),總體上,油田區(qū)污染土壤的石油組分以烷烴、芳烴等輕質(zhì)組分為主,占石油總量的

50%以上,其中以烷烴為主。各油田石油組分含量有一定的差別,DQ油田土壤中的烷烴百分含量高于50%,膠質(zhì)和瀝青等非烴類物質(zhì)的百分含量則較低,僅為17%～31%。YM油田樣品膠質(zhì)和瀝青等非烴類物質(zhì)的百分含量則較高,達(dá)28.5%～40%,重質(zhì)油含量較高。

將油田區(qū)土壤中石油各組分含量與相應(yīng)油田原、、膠質(zhì)　　Note:Oilbackgroundvalueofsoilswasmonitoredby

EnvironmentalMonitoringofPetroChinaCompany.

由圖1和表3可知,調(diào)查油田區(qū)土壤受到了不

。23%,

　第3期　　賈建麗等:油田區(qū)土壤石油污染特性及理化性質(zhì)關(guān)系

·729·

較,結(jié)果如圖3所示(以DQ油田和YM油田為例)。

此,利用油田區(qū)污染土壤含油率和含水率監(jiān)測(cè)結(jié)果,分析含油率和含水率之間的關(guān)系,如圖4所示。

圖4　石油污染土壤含油率與含水率關(guān)系Fig.4　Relationshipbetweenwaterandoilcontents

incontaminatedsoils

由圖4可知,當(dāng)含油率超過(guò)8%時(shí),土壤含水率一般不超過(guò)5%;土壤含油率低于8%時(shí),含水

率則隨油田區(qū)氣候條件、土質(zhì)等因素的變化而具有差異性。石油的強(qiáng)疏水性導(dǎo)致高含油率土壤的疏水性,使土壤儲(chǔ)水能力下降,含水率降低。2.2.2　油田區(qū)土壤含油率與有機(jī)質(zhì)含量關(guān)系　土壤有機(jī)質(zhì)是土壤中各種含碳有機(jī)化合物的總稱[15],

圖3　油田區(qū)土壤石油烴和原油組分比較Fig.3　Comparisonofoilcomponentsincrude

oilandresidualoilinsoils

是污染土壤生物修復(fù)的基礎(chǔ),其含量和組成對(duì)生物修復(fù)的可行性和修復(fù)效率均起著決定性作用。由于油田區(qū)土壤石油污染的普遍性,致使其有機(jī)質(zhì)組成與未受污染的土壤相比具有一定特殊性,因此對(duì)油田區(qū)土壤的有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行測(cè)定,進(jìn)一步分析其與土壤含油率的關(guān)系,對(duì)于評(píng)估油田區(qū)石油污染土壤的生物可利用性和生物修復(fù)開(kāi)展的可行性有重要的意義。油田區(qū)石油污染土壤含油率與有機(jī)質(zhì)含量關(guān)系如圖5所示。

由圖3可見(jiàn),與相應(yīng)油田原油各組分相比,土壤中烷烴和芳烴相對(duì)含量降低,其中烷烴降低最多,達(dá)10%～20%,膠質(zhì)和瀝青含量增加。分析原因在于石油在土壤的殘留過(guò)程中,由于長(zhǎng)期的淋濾、揮發(fā)、生物降解等物化和生物作用,造成低分子的烷烴和芳烴類物質(zhì)或揮發(fā),或經(jīng)雨水沖刷流失,或下滲進(jìn)入地下水含水層,同時(shí)具有生物利用性的石油組分被微生物降解。殘存在表層土壤中的石油組分,大多為不易揮發(fā)和水溶性較差的大分子烷烴和芳烴,以及難降解的膠質(zhì)及瀝青,造成膠質(zhì)和瀝青相對(duì)含量增加。2.2　土壤石油污染特性與理化性質(zhì)關(guān)系

2.2.1　油田區(qū)土壤含油率與含水率關(guān)系　石油污染土壤含油率和含水率之間由于石油殘留飽和度的影響,存在此消彼長(zhǎng)、相互制約的變化過(guò)程。當(dāng)土壤孔隙中石油占主導(dǎo),即其飽和度較大時(shí),土壤孔隙中水分含量較低,反之亦然。污染土壤孔隙中石

圖5　污染土壤含油率與有機(jī)質(zhì)含量關(guān)系Fig.5　Relationshipbetweenorganicmatterand

oilcontentsinpollutedsoils

由圖5可知,石油污染土壤有機(jī)質(zhì)含量與含油,

  本文關(guān)鍵詞：油田區(qū)土壤石油污染特性及理化性質(zhì)關(guān)系，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。