高浓度有机污染土壤处理技术研究进展

张万虎 刘星涛(中国化学工程重型机械化有限公司，北京 102600)

0 引言

随着产业结构的持续调整、城市布局的逐渐改变，我国土地用地性质逐渐发生变化，与此同时，土壤污染问题也得到了社会各界的广泛关注。在土壤中，有机污染物种类相对较多，这会对人类健康、生态环境造成不利影响、埋下安全隐患。

1 有机污染土壤相关概述

随着全球合成化学品产量的逐年增长，全球土壤有机污染也变得越发严重，现阶段，土壤有机污染物主要为：石油污染、有机农药污染、染料、塑料制品、增塑剂、表面活性剂以及阻燃剂。石油污染主要为烷烃、环芳烃、烯烃、芳香烃；有机农药污染主要为有机磷农药、有机氯农药；染料有机污染主要来源于堆肥以及工业废水排放，如苯胺等；塑料制品主要包含泡沫塑料、食品包装、填充包装以及快餐盒等，此类污染物中的聚丙烯、聚苯乙烯等物质可能会破坏土壤结构，让农作物品质及产量受到不利影响；增塑剂主要为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸异辛酯等；表面活性剂有机污染主要为烷基苯磺酸盐，如果表面活性剂浓度过高，就会让土壤黏粒稳定性提升，导致水土产生流失现象；阻燃剂主要为多溴联苯醚、有机磷酸酯等。

2 高浓度有机污染土壤处理技术研究进展

2.1 高浓度有机污染土壤物理修复

2.1.1 热脱附

在高浓度有机污染土壤物理修复工作开展中，应用热脱附技术，通过提升温度、降低粘度与吸附，提升溶解度的方法，可以对半挥发化合物、挥发化合物去除起到促进作用，可以让DNAPLS、NAPL 得到有效修复。经实验室研究，发现此种技术可以对挥发性、半挥发性有机物(VOCs、SVOCs)实现99%的回收[1]。现阶段，依照技术原理差异，可以将热脱附技术划分为电阻加热技术、热传导加热技术以及热蒸汽注入技术。结合学术界研究成果，可以发现热脱附技术在对有机污染土壤进行处理时，并不会具体选择污染因子类型，其具有较宽的处理范围，与此同时，热脱附处理技术对土壤自身具有一定性质要求，且整体所需投入成本相对较高，在实际应用中存在一定限制。

2.1.2 电动修复

电动修复主要指的是在受污染土壤区域中插入电极，然后对微弱电流进行施加以形成电场，以土壤空隙外加流体或现存水作为介质，利用电势梯度作用，随流体介质让有机污染物形成定向移动，以此来消除有机污染物的技术。就目前电动修复研究进展来看，当前此技术已经可以在现场修复中进行使用。电动修复技术本身具有绿色环保特点，且投入成本相对较低，不会有二次污染情况产生，如果土壤为低渗透性土壤，那么此种技术可以起到良好修复效果，但值得注意的是，在应用此技术时，应保证阳极材料耐腐蚀性满足电动修复要求，土壤含水率满足污染因子迁移要求。

2.1.3 气相抽提

气相抽提主要指的是使用真空泵抽提让负压产生，通过让空气流过污染区域，可以让土壤孔隙有机污染物得到解吸，并随气流带出土壤，使用抽提设备可以对其进行统一收集。我国学者曾研究低温条件下气相抽提技术应用效果，对于甲苯而言，其修复效率约为71.3%，对于苯而言，其修复效率约为89.8%，对于乙苯而言，其修复效率约为29.7%，对于邻二甲苯而言，其修复效率约为14.4%[2]。一般情况下，气相抽提对于挥发污染物去除具有较好应用效果，且具有现场安装操作简单、设备简易、修复场地扰动小、所需时间短的特点，但此技术对土壤特性要求较高，具体包含土壤渗透性、孔隙率、均质性、含水率等多个方面，且在收集工作完成后，需要对气体开展科学处理。

2.1.4 空气扰动

空气扰动技术可以让含水层挥发有机污染物得到有效去除，通过将气体注入在饱和地层中，可以让气液中污染物出现浓度差，让半挥发性、挥发性有机污染物进入气相，在浮力作用下，污染物会在气体携带作用下上升，在达到非饱和区域后，利用SVE 方法，可以收集包气带抽屉井污染气体，让挥发性有机污染物得以去除。空气扰动技术最早在德国得到有效应用，后在欧洲得到迅速推广，其具有处理效率高、成本投入少的特点。

2.1.5 异位修复

异位修复技术主要指的是先挖掘污染土壤，然后将土壤送至处理装置、处理厂中进行科学处理的技术，此种技术可以将污染场地污染物进行直接挖除，在高浓度有机污染场地中，此技术具有效果明显特点，且可以避免地下水二次污染情况产生，但值得注意的是，异位修复技术经济性相对较差，在污染物集中处理过程中，往往需要利用焚烧处理方法。

2.1.6 STAR技术

STAR 技术的基础是焚烧法，融合阴燃原理，可以在高浓度有机污染土壤处理中得到有效应用，在土壤含水层介质固体表面，通过附着可燃有机污染物，利用异相氧化燃烧，产生热量可以为污染物燃烧持续性提供保证。在前期阶段，需要对一定电能予以使用，让煤焦油得以加热点燃。此技术具有修复时间短、能源消耗低以及去除效率高的优点，但同时，应保证高浓度有机污染土壤污染物自身具有可燃性，还应保证空气流速满足要求，保证污染物阴燃反应。

2.2 高浓度有机污染土壤化学修复

2.2.1 等离子体

等离子体为电离气体，主要组成部分为自由基、高能电子、激发物质以及光子，等离子体本身具有电中性特点，电子密度和正离子电子密度相等。通过外加电场作用，放电空间内部会有大量离子、电子、激发态分子以及原子形成，在体系中，出现活性物质会对空气、土壤污染物分子起到一定作用。当前，介质阻挡放电、脉冲电晕放电出现低温等离子体进行污染土壤修复的技术得到了广泛关注，等离子体技术本身具有效率高、能耗低、不会产生二次污染的优点，但值得注意的是，等离子体技术在应用过程中，制造精度、构型设计以及严密要求相对较高，且当前技术成熟度依然较为不足。

2.2.2 土壤淋洗

现阶段，在有机物全面去除工作中，土壤淋洗技术得到了广泛应用，主要可划分为助溶剂淋洗、表面活性剂淋洗两种基本类型。前者主要使用甲醇、正戊醇、水等，后者主要使用磺基硫拍酸二己酷钠、吐温80 等。美国环保署早在上个世纪90 年代就建设完成了移动土壤冲洗系统，在难以控制、泄露危险废物场所中得到有效应用。利用差异化种类萃取剂，如酸、有机化合物、张力活性物质等水溶液，可以让土壤化学污染物得到有效去除。首先，需要混合搅拌萃取剂水溶液、污染土壤，在洗涤工作完成后，可以利用洗涤溶液分离、再生或送至垃圾填埋场。如我国学者就曾使用添加表面活性助剂的方法，以洗脱土壤有机污染物硝基苯，在化学淋洗后，发现土壤苯胺、硝基苯含量降低，洗脱效率达到85%到90%[3]。与此同时，我国学者应用了NaCI、异丙醇、磺基硫拍酸二己酷钠作为表面活性剂冲洗了含有氯代有机物、汽油有机物的土壤，发现去除率超过98.5%。土壤淋洗技术本身具有处理效率高、成本控制效果好的特点，可以对大批量污染土壤进行科学处理，值得注意的是，在淋洗处理有机污染物过程中，需要科学选用淋洗剂，防止有二次污染情况产生。

2.2.3 还原氧化

通过将还原剂、氧化剂添加至污染土壤中，利用氧化还原反应，可以转化土壤污染物为无毒物质、低毒性物质。现阶段，如芬顿试剂、高锰酸盐、过氧化氢、臭氧、过硫酸盐等氧化剂，亚硫酸氢钠、二亚硫酸钠、多硫化钙、硫酸亚铁、零价铁、二价铁等还原剂得到了广泛应用。在技术研究中，发现臭氧作为气体强氧化剂可以快速扩散、吸附在土壤中，在土壤修复行业发展中，臭氧具有应用前景广阔、应用效果好的特点。化学还原氧化技术本身具有反应速度快、修复时间短的特点，可以有效分解污染物，值得注意的是，过多投入药剂量可能会产生二次污染现象，工作人员应对药剂量进行严格管控。

2.3 高浓度有机污染土壤生物修复

2.3.1 植物修复

使用植物忍耐、超量吸收积累某些化学元素特点，或使用植物、根际微生物吸收作用、降解作用、过滤作用、固定作用可以降解转化污染物为无毒物质，让环境得到有效净化。经过研究、试验，发现植物修复技术具有明显优势，利用植物萃取、挥发及降解，可以去除土壤污染物，和其他修复技术相比，此技术可以避免场地破坏及环境扰动情况产生，同时还可以让土壤肥力、有机质含量得以增加。值得注意的是，植物修复技术的修复深度存在一定限制，修复周期相对较长，且对污染场地要求相对较严。

2.3.2 微生物修复

使用一定措施，可以利用微生物完成土壤有害物质降解工作、转化工作与去除工作，现阶段，微生物修复技术主要包含投加外源降解微生物技术、强化土地微生物降解技术两种形式。结合研究进展，发现对于土壤DDT 来说，芽孢杆菌属、诺卡氏菌属、棒杆菌属均具有良好降解效果，而对于土壤PAHs，固定化黄孢原毛平革菌可以起到一定修复作用。微生物修复技术同样可以避免二次污染现象产生，但所需作用周期相对较长，且对环境条件要求相对较高，在具体应用中，工作人员应对有机污染土壤情况进行全面分析，重点分析内容包含土壤温度情况、土壤pH 值、土壤营养情况以及土壤湿度等，保证微生物修复技术选择合理性[4]。

在20 世纪70 年代，部分国家就开始使用生物修复技术，在地下水或污染土壤中，通过注入微生物、优势菌种可以有效发挥共代谢作用，让污染物得到有效降解。与此同时，使用生物强化技术，对优势菌种进行注入，还可以让污染场地修复效率得到进一步提高。例如，在石油烃类、衍生物(如乙醚、汽油、燃油、乙醇)高浓度有机污染土壤中，使用生物修复技术就可以取得良好应用效果。

3 结语

综上所述，结合高浓度有机污染土壤处理技术研究进展，现阶段，热脱附、电动修复、气相抽提等物理修复技术，等离子体、土壤淋洗以及还原氧化等化学修复技术，植物修复、微生物修复等生物修复技术在我国高浓度有机污染土壤处理中得到了有效应用，且具有良好的发展前景。