地下水系统石油烃污染研究进展.doc

文库 / 手机文库 /地下水系统石油烃污染研究进展第17卷第4期2111堡! 圣星矿冶VoI17，N o4望! ! 墼壁! ! ! ! !丝!墼!墼垒鱼丝曼三垒曼生坚垦坌圣文章编号：10057854( 2008) 04006405一地下水系统石油烃污染研究进展马振民，于玮玮，吕华( 济南大学城市发展学院，山东济南250002)摘要：地下水系统石油烃污染已成为国内外普遍关注的问题。本文概述了国内外地下水石油烃污染的状况，在此基础上综述了国内外地下水系统孔隙介质、裂隙介质以及岩溶介质石油烃污染特征、迁移规律、控制技术等方面研究的具体进展。并对地下水系统石油烃污染现场实测和试验、裂隙介质和岩溶介质石油烃污染运移机理以及地下水系统石油烃污染控制和恢复技术研究领域进行了展望。关键词：地下水系统；石油烃污染；研究进展中图分类号：X523文献标识码：APRO G RESS O NRESEARCHFO R PETRO LEU MH YD RO CARBO NPO LLU TI O NING RO U N D W ATER SYSTEMM AZhenrai n，YU W ei w ei ，LVH ua(school of ci ty devel opm ent，U ni versi ty ofJ i nan，J i nan 250022，Chi na)ABSTRACT：The pol l uti on of petrol eumhydrocarbon i n groundw ater systemi s al ready becom i ng w i del y concernedprobl em Inthi spaper，thest at us of petrol eumhydrocarbon pol l uti oni ngroundw ater systemi ssyntheti cal l y sum m ari zed，and based on i t，theconcret e cont ent s onpetrol eumhydrocarbon pol l uti on characteri sti cs，m i gratory rul es，control technol ogyanal yzed at hom e and abroadAl so theonthespot survey and t est of petrol eum hydrocarbon pol l uti on，the m i i n karstaqui fer，fractured aqui fer，porous aqui fer of groundw ater systemaregratory m echani smof petrol eumhydrocarboni nkarst aqui ferand fracturedaqui fer，andthepetrol eumhydrocarbonpol l uti oncontrol resum etechnol ogyi ngroundw ater systemareexpectedKEYW O RD S：groundw ater system ；petrol eumhydrocarbon pol l uti on；research progress石油作为一种重要能源，它是国民经济发展的重要物质基础。石油制品不但是交通运输、电力、机械制造等工业的重要能源，也是石油化工、轻工、纺织和食品等工业所必需的原料。石油中主要是碳、氢两种元素，碳、氢两种元素按一定的数量和空间关系结合成许许多多的石油烃( petrol eumhydrocarbons) 。由于在石油的开采、储存、运输、加工和石化产品生产等过程中的漏油、突发性泄油事故以及含收稿日期：20080619基金项目：国家自然科学基金资助项目( 40672158) ；Il J 东省重点学科基金项目资助。作者简介：马振民。博士。教授，主要从事地下水污染与控翩、地下水资源可持续利用等方面教学与研究工作。油废水的不合理排放等，致使大量的石油烃进入地下水系统，石油烃中含有烷烃、环烷烃和芳香烃等多种有毒物质，已成为地下水有机污染中最普遍的污染物，其中的苯、萘、蒽及它们的衍生物等均为具有致癌、致畸和致突变潜在性的化学物质，直接危害着人类健康【10】。地下水系统石油烃污染问题已成为近年来国内外普遍关注的问题，发达国家对地下水系统石油烃污染物的研究与防治工作非常重视【5-10 ，我国研究工作者也对石油烃生产带来的地下水污染进行了大量的研究【l 卜” 】。地下水系统石油烃污染具有普遍性、危害性及复杂性。地下水系统石油烃污染研究可为石油烃污染监测、治理以及地下水资源开发、利用、保护和管理提供基础资料， 万方数据马振民等：地下水系统石油烃污染研究进展65地下水系统石油烃污染研究具有一定的理论意义和实际意义。1地下水系统石油烃污染概况1993年石油巨头壳牌公司在英国1100家加油站中有l 3对地下水系统造成污染。美国环保署( EPA) 1998年发现有10万个商用储油罐存在泄露，其中近18万个已对地下水造成污染。2000年调查资料表明，在美国有28万个地下储油罐存在泄漏状态，并且有25直接造成地下水严重污染【18。地下水系统水中主要污染物为烷烃和不饱和烃类、烷基苯类、氯代烃类、氯代苯类、杂环类、稠环苯类等有机物质，对当地居民的生产、生活和健康构成了严重威胁。在我国油气田地区，地下水系统石油烃污染已经非常严重。河南双河某水源地，随着油气田的开发，水质明显受到了污染。其浅层水石油类检出率达44，中深层水( 深度200ram 左右) 检出率为78。有56的水井中的石油类含量超标。达到04-27m gL。河南魏岗某水源地水井中石油类检出率为643，超出率为28。在某些污染严重的水井中，地下水中石油类含量达4650m gLcl 8】。我国的石化企业造成的地下水系统石油烃污染也非常严重。齐鲁石化30万t乙烯厂1987年投产一年后的下游水源井中地下水含油量为114707m gL，超标量23141倍；苯O 0901m gL( 标准0002m gL) ，超标4550倍；1994年含油量最高到达7823m gL，超标1565倍；1994年苯含量最高达到140m gL，超标70000倍。齐鲁石化所在区域的某特大型岩溶水水源地，地下水中石油类污染物种类繁多且性质复杂，石油类组分以长链烃类、芳香烃为主，含有对人体有较大危害的萘、苯、蒽、甲苯及多氯烷烃等，石油烃含量最高达到7734m gL，苯最高含量4045m gL，地下水严重污染面积已超过30ki n2，且有继续扩展的趋势【19-2 。鲁中某特大型岩溶水水源地，由于某炼油厂坐落在该水源地的补给一径流区，炼油厂在30年来的生产过程中跑、冒、滴、漏事故不断发生，尤其是跑油事故频繁发生，致使数千吨原油、变压器油、浓柴油、柴油、腊油、糠荃、溶剂油等渗入地下水系统，大量的石油烃污染物在地下水系统中以乳化油、浮油、残油及溶解油等形式存在，导致地下水中石油烃含量最高达到1575m g几，甚至深达508m 的钻孔中也检测出石油烃含量为117m gL地下水石油烃污染区面积已超过20ki n2，目前石油烃污染区面积仍在继续扩大 16一17】。2地下水系统石油烃污染研究进展21国外地下水系统石油烃污染研究国外地下水系统石油烃污染研究始于20世纪70年代初。由于地下水中石油烃污染物含量低，种类多，受分析技术和费用的限制，发展中国家关于地下水石油烃污染的研究仅见零星报道，发达工业国家在有机物污染研究方面已深入到污染机理和治理技术的研究【222”。20世纪70年代初，西欧、北美等地区的工业化国家已经认识到石油类化学物质所造成的地下水污染问题，通过开展大量的地下水中石油烃污染物监测方法、评价方法、迁移转化规律等方面的研究，初步建立了地下水石油烃污染研究的基本方法。20世纪70年代末至80年代，石油烃污染物在地下水系统中的行为特征研究成为该领域的主导研究方向，并为有机污染预防对策提供技术支持。在此阶段，专家学者们从预防地下水污染角度，研究石油烃污染物在孔隙介质中的迁移转化机理，并模拟了地下水系统中石油烃污染物迁移转化、时空分布规律。20世纪90年代以来，欧美一些国家的学者大力开展了石油烃污染物在孔隙介质中的迁移模型以及地下水系统石油烃污染物治理方面的研究。一方面，重点研究了影响石油烃污染物迁移的主要机理，在有机污染物在孔隙介质中的挥发、生物降解作用以及孔隙介质对石油烃污染物的吸附作用等方面进行了深人的研究，建立了一系列水溶性和非水溶性石油烃污染物在孔隙介质中迁移转化模型，诸如多相多组分模型、考虑相间物质分配的多相模型、考虑毛细效应的多相模型、锋面模型及单个单元模型等；另一方面，把大量的研究成果应用于孔隙介质中石油烃污染物治理，提出诸多治理土壤及地下水石油烃污染的方法，主要有抽出一处理法、注气一抽土壤气法、内在生物进化法、流线控制法、多技术结合法、生物治理法、吸附技术、原位反应墙法等【282引，上述方法对石油烃污染治理具有积极的推动作用。22国内地下水系统石油烃污染研究我国地下水系统石油烃污染研究始于20世纪80年代。20世纪80年代中期，随着我国农业的快速发展，大量农田开始使用污水灌溉，引起土壤变 万方数据 66矿冶质，农产品有毒物含量超标，于是开始对土壤有机污染机理进行研究。同时，由于化肥农药的广泛使用，引起地下水中某些有机物含量超标，促使地下水有机物污染机理、防治技术研究蓬勃发展。20世纪80年代末，石油化工型石油类对地下水的污染研究开始引起重视，现仍处于初步研究阶段。此领域的研究主要集中在石油烃在浅层孔隙介质中的迁移转化，以及孔隙介质特征对石油烃迁移的影响。许多学者通过实验、模拟，在孔隙介质中石油烃分布特征【3031)、石油烃污染的化学过程【3引、石油烃微生物降解、吸附的机理及影响因素 34-371、石油烃污染组分的迁移和转化特征【383引、石油烃污染的生物恢复技术【40-4l 】、陈化残油释放规律【420引等方面进行了研究，系统研究了石油烃污染组分的分析方法【钙- 9】，建立了诸多石油烃污染物在孑L隙介质中迁移转化模型，并对孔隙介质石油烃污染治理方法进行了有益的探索【5们。地下水系统石油烃污染研究起步较晚，专家学者们主要在地下水石油烃污染物的特征【5卜52 、地下水石油烃的降解、衰减特性 531、地下水石油烃污染与水文地球化学环境：54-55】、石油烃污染物在含水层中的迁移特征【56“ 引、地下水石油烃污染控制和治理技术c636引、地下水系统石油烃污染预测：1617】等方面进行了深入研究。综上所述，国内在石油烃污染研究领域主要以石油烃污染物在孔隙介质中的分布特征、衰减规律、污染状况、迁移机理等为研究对象，在地表一包气带一饱水带中迁移转化规律的机理及其治理技术方面，目前还没有进行系统的调查研究。在裂隙介质及岩溶介质中石油烃污染运移研究方面涉足甚少，尚需开展深入、系统地研究。由于裂隙介质及岩溶介质具有空间发育的不均匀性、含水介质富水程度的差异性等特点，加大了岩溶裂隙介质石油烃污染物运移研究的难度。一3地下水系统石油烃污染研究展望地下水系统石油烃污染以其普遍存在、危害性巨大、组分极复杂、去除困难以及治理费用昂贵而受到各国环境学者和水文地质学者的关注。据统计，美国用于治理已知地下水系统污染土壤和地下水的费用已超过1万亿美元，而这些已知的地下水系统污染大部分是由石油及其衍生物造成的。在我国，地下水系统石油烃污染研究尚处于起步阶段，随着石油工业的快速发展，地下水系统土壤和地下水中石油烃的污染将会越来越严重，影响范围也会越来越大，因此亟待加强地下水系统石油烃污染领域的理论与实践研究。( 1) 地下水系统石油烃污染现场实测和试验研究。现场实测和试验研究的目的是为石油烃污染控制与治理的实际应用，由于野外地下水系统环境与室内条件存在差异，现场的治理工作其复杂性和不可控制性，因此必须高度重视野外现场实测和试验研究，积极开展多学科专业人员的合作是地下水系统石油烃污染现场实测和试验研究取得进展的关键。( 2) 裂隙介质和岩溶介质石油烃污染运移机理研究。国内外在相对各向同性的孔隙介质石油烃污染特征、衰减规律、迁移机理研究领域已取得一定进展，但在相对各向异性的裂隙介质和岩溶介质石油烃污染运移机理领域仍处于探索研究，研究的关键问题在于裂隙介质和岩溶介质的定量刻画、石油烃存在状态的综合表征以及不同存在状态的石油烃运移规律的精确测定。( 3) 地下水系统石油烃污染控制和恢复技术研究。目前地下水系统石油烃污染和控制技术主要有天然生物恢复技术、工程生物恢复技术、生物刺激技术、气提技术、曝气技术、水力控制技术以及渗透反应格栅技术等，但各种地下水系统石油烃污染控制和恢复技术还处于研究和试验阶段，距离实际应用还有一定差距。不断研究和发掘降解能力强的石油烃降解细菌是生物修复技术研究的重点之一。分子生物学已经成为生命科学的前沿领域，应加强对生物降解烃类过程的研究，将基因工程应用于地下水石油烃污染治理，以便培育出更多更好的菌株，达到高效清除地下水系统石油烃污染物的目的。参考文献： 1 钟佐柒地下水有机污染控制及就地恢复技术研究进展(一)J 水文地质工程地质，2001(3)：13C2Lesage S，H ao X，Kent SN D i sti ngui shi ng naturalhydrocarbonsf romanthropogeni c contam i nati on i n groundw aterJ j Groundw ater，1997，35(1)：149160 33H addadBI，G eoffreyBPA successfuli ntegratedm ul ti com ponentrem edi ati on approach i m pl em entedcontam i nated si te C M ri nos，Konki s，Tsi am baos，etatapetrol euma1Engi neeri ng G eol ogyandtheEnvi ronm entBal kerna：Rotterdam ，1997：18771882Ca) LangMM ，Paul VR，Lew i sSM odel si m ul ati ons i nsupportoffi el d scal e desi gnand operati onofdi af i onbasedon 万方数据马振民等：地下水系统石油烃污染研究进展 67com etahol i cdegradati onJ Groundw ater，1997，35(4)：565572ISLee C H ，Lee J YEval uati onof ai r i nj ecti on andextracti ont est atapetrol eumcontam i nated si teJ W ater，Ai r andSoi l Pol l uti on，2002，135( 1) ：65976Vazquez D，M ansoori GAIdenti fi cati on and m easurem entofpetrol eum reci pi tatesJ JPetro SoiEngi neer，2000( 26) ：4955( 7 W ang Zhendi ，Li K，Fi ngas M ，eta1Characteri zati on andsource i denti fi cati on of hydrocarbons i n w atersam pl es usi ngm ul ti pl e anal yti caltechni quesJ J ournalofChrom atographyA，2002，971( 12) ：1731848Reusser DE，Fi el d J ADeterm i nati onof beazyl sueci ni c aci di ngasol i necontam i nated groundw ater by sol i dphaseextracti oncoupl edw i thgas chrom atographytryJ J ournalofChrom atography A，2002，953( 12) ：rm ass spectrom e-215225(9Soga K，PageJ Wati oneffi ci ency and the m 髑fl ux approachJ J ournalEA revi ewof N APL source zone rem edi 一ofH azardous, M ateri al s，2004，110( 13) ：1327 10M enendezVega D ，G al l ego J L R，Pel aez A I，et a1En-gi neeredi n si tu bi orem edi ati onofsoi l andgroundw aterpol l uted w i th w eatheredhydrocarbonsJ European J ournal ofSoi lBi ol 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zone enhanced byi nvesti gati onof petrol eumhdro-soi l venti ng at tyndal l AFB，Fl ori daCR E，R FSi tubi orecl am ati on：Appl i cati on and i nvesti gati on for hydroear-bon and contam i nated si te rem edi ati on，Butter w orthhei nenl annstoneham ，M A1991：28330225Hadl eyetal PW “ W heres thebenzene?一exam i ni ngcalifom i a groundw ater qual i ty surveys【J roundw ater，1991( 1) ：3540 26 H i nehee REBi oventi ngof petrol eumhdrocarbonsCN orri s R D H andbookof bi orem edi ati onLew i s Publ i sher，1994、 27) Dunl apL E，Beckm ann D D Sol ubl ehydrocarbons anal ysi sf romkerusenedi esel 【CProceedi ngs ofthe Conf erenceonPetrol eum H ydrocarbonsG round W ater：Preventi on，Detecti on and Restorati onN a- t i onal W ater W el l Associ ati on，D ubl i n，O hi o，1998andO rgani cChem i cal si n 28 郭华明，王焰新地下水有机污染治理技术现状及发展前景J 地质科技情报，1999，18(2)：6772( 29) 李海明浅层地下水有机污染研究一以某城市近郊为例D北京：中国地质大学，2002 30 陈金秀，郭书琼，钟佐榘北京市水源七厂地区地下水污染的原因及防治措施探讨 J 地球科学，1986，11( 2) ：175184 31 戴竹青，申开莲石油化工厂区土壤中总石油烃分布的研究J 石油化工环境保护，2001( 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