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      揮發性有機物污染土壤修復技術研究進展

      發布時間:2019-12-26 15:12:53 來源:房地產世界 點擊次數: 【字體:

      摘要:我國土地資源豐富,但總體狀況較差。揮發性有機污染物是典型的土壤污染物,土壤污染不僅關系到農業種植,更關系到我國的經濟建設和國民的身體健康,做好土壤修復工作具有實際的社會效益。本文以揮發性有機物土壤污染為例,對揮發性有機物及其污染土壤的特性進行了分析,在此基礎上,著重對揮發性有機物污染土壤修復技術進行了研究。

      關鍵詞:揮發性;有機物;污染;土壤修復

      隨著我國經濟的快速發展,汽車數量急劇上升,加油站和地下儲油罐的數量與日俱增。由于輸油管道、儲油罐滲漏,含油污水排放,落地油等原因,大量油類污染物進入土壤。石油和化工工業對土壤造成的污染,尤其是其中的大量揮發性有機物,破壞了土壤本身的生態系統,對地下水也構成威脅,嚴重危害人類健康。揮發性有機物作為一類特殊的土壤污染物有不同于其他污染物的污染特性,并因其成分的復雜性和危害性,被列為環境中潛在危險性大、應優先控制的污染物。因此,如何合理、有效地處置、修復揮發性有機污染土壤已成為亟待解決的問題。筆者介紹了土壤中揮發性有機物污染土壤的修復技術,以期為我國今后開展揮發性有機污染土壤的控制與修復工作提供依據。

      一、揮發性有機物及其污染土壤的特性

      揮發性有機物是指室溫下飽和蒸汽壓超過70.91Pa或沸點小于260℃的有機物,是石油、化工、制藥、印刷、建材、噴涂等行業排放的最常見污染物。揮發性有機物污染土壤有以下特性:

      (一)隱蔽性

      和其它土壤污染一樣,揮發性有機物造成的土壤污染也不像大氣與水體污染那樣容易為人們所發覺。因為土壤是復雜的三相共存體系,各種有害物質在土壤中,總是與土壤相結合。揮發性有機物在土壤里也存在氣、液、固三相的吸附平衡,隱匿于土壤環境。而且,當土壤污染物損害人畜健康時,土壤本身可能還繼續保持其一定的生產能力。

      (2)揮發性

      土壤污染主要是通過植物傳遞來表現其危害。但和其它大多數土壤污染物不同的是,揮發性有機物具有強揮發性。因而,揮發性有機物不像其它污染物那樣,經由植物吸收進入生物鏈傳遞,而是在一定的條件下(合適的溫度、氣壓及土層受到擾動等),直接從土壤中解吸附,揮發出來被人體吸入或危害環境。

      (3)毒害性

      揮發性有機物大多具有毒性,對人體健康的影響主要是刺激眼睛和呼吸道,使人產生頭疼、咽痛、乏力及皮膚過敏等癥狀。其中苯、氯乙烯、多環芳烴以及甲醛等還是可疑致癌物質。有些揮發性有機物在光照條件下發生光化學氧化反應,生成更毒的光氧化產物。部分揮發性有機物對臭氧層有破壞作用,如氯氟碳化物(CFCs)和氯氟烴等。揮發性有機物類物質都直接或間接對人體或環境造成不良影響。

      (4)累積性

      有學者發現,在揮發性有機物污染土壤中的一些難降解有機物(通常是5、6環化合物),至今仍大量存在于土壤中。由于土壤對化學物質的吸附作用,揮發性有機物將在很長一段時間內緩慢釋放。從土壤環境中揮發出的揮發性有機物濃度并不一定很高,但經過長期低劑量釋放,也可以在人體中逐日累積,由量變到質變,最終對人體健康造成極大威脅。

      (5)多樣性

      揮發性有機物并非單一的化合物,它由900多種有機物組成,不同地點、不同時間在土壤中所測得的揮發性有機物組分也是不相同的。由于各有機化合物混和共存,它們之間存在的協同及頡頏等作用,使得此類土壤污染變得更加復雜多樣。研究表明,在各單一揮發性有機物組分濃度都低于限制濃度時,揮發性有機物的總濃度達到一定值,仍會對人體造成傷害。尤其是多種揮發性有機物混和存在,其危害程度將大大增加。同時,揮發性有機物組成的多樣性,也加大了此類污染土壤修復的難度。

      二、揮發性有機物污染土壤修復技術研究

      土壤修復技術通常可以分為工程修復和生物修復兩大類,但由于揮發性有機物的上述污染特性,國外主要采用工程修復技術對揮發性有機物污染土壤進行修復。本文闡述的下列適用于揮發性有機物污染土壤工程修復技術,在具體技術的選用時,不僅需考慮污染物的物理化學特性,同時還需因地制宜,充分考慮各項具體技術的適用條件、投資概算、運行成本及成熟程度等因素。

      (一)熱解吸技術

      熱解吸技術是一項新型的非燃燒土壤異位物理修復技術,多用于能夠熱分解的揮發性有機污染物如石油污染。加熱溫度范圍通常在200~600℃,可以通過紅外線輻射、微波和射頻等方式產生熱量。在國內外一些工程實踐中,利用管道輸入水蒸氣,打井引入地熱等方式來加熱土壤,污染物變為氣態揮發去除,處理效果良好。Aresta等利用熱解吸技術和催化氫化技術聯合修復多氯聯苯污染土壤。研究表明,在足夠的時間和適宜的溫度下,多氯聯苯的處理效率達到99%以上,連續運行12h的修復效率可達100%。美國海軍工程服務中心采用熱氣抽提系統在154℃下修復油類污染土壤,總石油烴濃度由4700mg/kg降至257mg/kg,去除率達95%。

      (二)光降解技術

      光降解技術是目前研究較為活躍的揮發性有機物處理方法之一,主要有土壤表層直接光解、土壤懸浮液光解、溶劑萃取與光降解聯合處理、光催化氧化等。土壤表層的直接光解應用較廣泛,適用于處理水溶性低、具強光降解活性的化學物質。李智冬等利用模擬可見光照射土壤樣品,分析了土壤中的初始含油量、土壤類型、pH對石油在土壤表面光降解過程的影響。

      (三)土壤淋洗技術

      土壤淋洗技術主要用于處理化學吸附在土壤微粒孔隙及周圍的揮發性有機污染物,既可以原位修復,又可以異位修復。其運行方式有單級淋洗和多級淋洗2種。淋洗液可以是清水,也可以是無機溶液(堿、鹽)、有機溶液和螯合劑、表面活性劑、氧化劑及超臨界CO2流體。土壤淋洗技術主要通過淋洗液溶解液相、吸附相或氣相污染物和利用沖淋水力帶走土壤孔隙中或吸附于土壤中的污染物。鞏宗強等用植物油淋洗受多環芳烴污染的土壤,去除率達90%以上,殘留在土壤中的植物油可在幾天內被降解。

      近幾年來,主要用表面活性劑作為淋洗液來修復受揮發性有機物污染的土壤。有關研究表明,使用多種表面活性劑進行連續的土壤清洗,去除效果往往要優于使用單一表面活性劑。生物表面活性劑由于具有高度特異性、良好的生物降解性和生物適應性而具有廣泛的應用前景。這類生物表面活性劑可為微生物提供碳源且更易被生物降解。Grigiskis等研究了生物表面活性劑和化學表面活性劑清洗油污染土壤的效果,發現用生物表面活性劑作淋洗劑時的修復效果是用化學表面活性劑作淋洗劑時的1.5倍。

      (四)生物修復技術

      生物修復技術是在生物降解的基礎上發展起來的一種新型的污染土壤修復技術。它是傳統的生物處理方法的發展。生物修復技術不僅能夠處理其他技術難以應用的污染場地,而且可以同時處理受污染的土壤和地下水,處理效果好,費用低,對環境影響小,不破壞植物生長所需要的土壤環境,但所需修復時間較長、易受污染物類型限制。一般來說常用的生物修復技術包括微生物修復、植物修復、動物修復三大類。

      總結

      隨著石油和化工工業的發展,土壤揮發性有機污染正在不斷擴大。對污染土壤進行處理,使其在較短的時間內實現重復利用,是亟待解決的問題。生物修復技術由于低成本、無污染、高效率的優點而得到較快的發展和廣泛的應用。為了能夠更經濟、有效地修復揮發性有機物污染土壤,需要聯合使用多種技術,發揮各自優點,達到最佳的修復效果。目前,我國對揮發性有機污染土壤修復的研究仍處于模擬試驗階段,還未找到一套可用于現場的、修復費用低、效率高、可操作性強的技術和工藝。今后,仍需深入研究揮發性有機污染土壤的修復技術。
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