石油污染土壤原位修复技术的研究进展.docx
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1、石油污染土壤原位修复技术的研究进展李沅宁,郭渊明,侯晓松,郭斌,杨泽宇,张美然(L河北科技大学环境科学与工程学院,河北石家庄050000; 2. 挥发性有机物与恶臭污染防治技术国家地方联合工程研究中心,河北 石家庄050000; 3.南京理工大学环境与生物工程学院,江苏南京 210014)近年来,随着经济的快速发展,人们对石油原材料和石油产品的需求 量迅速增加。然而,社会经济的发展导致了石油污染进一步扩大。石 油在开采、运输、储存、加工和生产过程中,会泄漏到环境中并随着 水体和大气循环进入土壤,进而破坏土壤的组成和结构,影响其通透 性。石油是一种复杂的有机混合物,由各种极性和非极性的烷妙、环烷
2、烧 和芳香烧、胶质和沥青等物质组成1。针对石油污染土壤修复,按 处置地点可分为原位修复技术和异位修复技术两大类2。本文重点 对近年来国内外原位修复技术中的原位热脱附、原位高级氧化、气相 抽提、生物通风、阴燃技术的应用研究进展进行了综述,分析了当前 研究存在的问题,并对其发展方向做了展望。1原位热脱附技术原位热脱附处理技术在20世纪80年代国外开始将其应用到土壤修 复领域3,热脱附技术最早被用于煤的干馅和石油裂解工艺,随着 热脱附技术的不断完善,现在普遍用于处理含油固体废物和高浓度有 机污染土壤的修复4。原位热脱附技术是加热污染土壤使有机气体 挥发,处理挥发性有机物,进而达到净化土壤的目的5。根
3、据加热目标温度的不同,原位热脱附可以分为低温原位热脱附 (100-300 )和高温原位热脱附(300500 oC)6o由于石油烧沸 点普遍在300。C以上,更适合采用高温原位热脱附技术。杨振等7 的研究表明在300。C的处理条件下,油浸泥土的石油烧去除率可以 达到93. 8%。根据加热方式的不同,原位热脱附技术可以划分为电阻 热脱附技术(ERH)、热传导热脱附技术(TCH)以及蒸汽热脱附技术 (SEE) 8 o其中电阻热脱附技术(ERH)已在国内有成功运用案例。孟 宪荣等9利用自主研发原位电阻热脱附(ISERH)设备处理1,2-二氯 乙烷,目标污染物去除率可达78.29%100%原位热脱附对于
4、修复石油污染土壤是较好的选择,有较高的污染物去 除率,并且可以去除多种污染物。此外,该技术具有高效、灵活、操 作简单、二次污染少和处理速度快等优点,但是也具有高能耗,高费 用的弊端。然而为了降低热脱附的能耗,引进了燃气热脱附,以燃气 作为热源,能将温度加热至500 OC并且升温速率高,有效缩短加热 时间,从而缩短修复工期。因此,加热方式,降低能耗,自主研发设 备等方面的技术创新将是未来原位热脱附研究的重点。2原位化学氧化技术原位化学氧化法是在污染场地中添加氧化剂,氧化土壤中的难降解的 有机污染物,使污染物降解为C02或降解为有机小分子。相比于热脱 附技术,原位化学氧化更加节能,尤其适用于难以生
5、物降解的高分子 量的多环芳煌(PAHS) 10。因其快速有效的优势,可以应用于应急突 发事件中,近年来越来越受到人们的重视。目前,常用的化学氧化试 剂有芬顿试剂、高镒酸钾和臭氧等。2. 1芬顿试剂芬顿试剂是由H202与Fe2+组成的混合溶液,1894年由法国化学家 Fenton首次发现11。土壤中很可能自身存在Fe2+,也可以加入Fe2+ 催化相关的反应。主要反应大致如下(1)(3)120在Fe2+的催化作用下H202生成比它本身氧化性更强的羟基自由基 (H0)13:(1)羟基自由基(HO )通过加氢反应或直接和有机物反应:(2)(3)利用芬顿氧化技术处理稠油污染土壤,实验发现,芬顿氧化剂能够
6、降 解石油烧、胶质和沥青质污染物,土壤活性酶、微生物数量的变化不 大14。传统芬顿试剂有很多局限性,如PH值适用范围小。因此, 出现了类芬顿试剂,有机酸作为稳定剂和络合剂与铁离子形成络合物, 促进该反应在中性条件下的反应效率15。江闯等16使用类芬顿试 剂处理总石油妙类(TPH)污染土壤,结果显示,TPH的去除率最高可 达到90. 73%o此外,芬顿试剂分解产生的氧气可以提高土壤中氧含 量,促进好氧微生物对污染物的降解17。但是,过量的氧化剂会破 坏土壤的理化性质,如PH下降,温度升高等。因此,严格控制芬顿 试剂的用量,避免破坏土壤的生态环境。(4) 高镒酸盐高镒酸盐是一种强氧化剂,常用的有N
7、aMnO4和K.MnO4,二者具有相 似的氧化性能,由于KMnO4成本低,在实际工程应用中一般选用KMnO4 作为氧化剂去除土壤中的石油污染物。高镒酸盐在较宽的PH范围内可以使用,其在地下起反应的时间较长, 因而能够有效的渗入土壤并接触到污染物,并且通常不产生热蒸汽。 因此,相对于芬顿试剂,高镒酸盐在实际工程应用的范围更广泛。有 研究表明,通过加入不同氧化剂降解石油烧污染,KMnO4去除率最高, 达到94%,而芬顿试剂仅为75断18。谷广峰等19以含有高浓度石 油胫污染的油泥为研究对象,探究了 5种不同氧化剂氧化效果。结果 显示,高镒酸钾去除总石油烧中C15C28和C29C36效果最好,分 别
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