微波脱附挥发性有机物污染土壤修复技术研究

2020-05-08王星王欣郭斌龙飞

应用化工 2020年3期

王星，王欣，郭斌，龙飞

(1.河北科技大学环境科学与工程学院，河北石家庄 050018；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 050018；3.河北省大气污染防治中心，河北石家庄 050018)

近年来，我国大量重污染化工企业相继搬迁和关闭，形成许多严重的有机污染场地，而这些场地有很高的再利用价值[1-4]。微波辐照脱附-分解修复土壤技术包括两个处理步骤：一是微波土壤加热单元，用于加热土壤，将土壤中的有机污染物挥发成气相，并将它们分离[5-7]；另一个是微波挥发性有机污染物催化氧化单元，用于处理脱附的有机废气，将有机物氧化成水和二氧化碳，达标排放[8-10]。修复后土壤可回填利用，无二次污染，具有较好的环境效益和经济效益[11-16]。

本实验采用微波脱附技术对甲苯污染的土壤进行修复。考察了甲苯浓度、土壤含水率、土层厚度、微波功率等对甲苯去除率的影响。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

褐色土壤；甲苯、氯化钠均为分析纯。

MICHEM MD6微波发生器；7820A型气相色谱仪；D-100微量进样器；DF-101S恒温箱；AL204电光分析天平。

1.2 实验方法

1.2.1 饱和氯化钠溶液配制量取500 mL二次蒸馏水(或纯水)，滴加几滴磷酸，调节pH≤2，加入180 g氯化钠，溶解并混匀。于4 ℃下保存，可保存6个月。

1.2.2 配制不同浓度的污染土壤褐色土壤中加入甲苯，配制成浓度分别为5，10，15，20，25 g/kg的土壤。

1.2.3 配制不同含水率的污染土壤通过重量法计算，配制成含水率为5%，10%，15%，20%，25%的污染土壤。

配制好的土壤密封保存在桶内，阴暗处静置3～5 d，待其稳定后用于实验。

1.2.4 实验方法取甲苯浓度15 g/kg，含水率15%的土壤各20 g，置于蒸发皿中，土壤厚度0.5 cm，置于微波发生器中，在微波功率1 000 W下加热脱附。每隔5 min取2 g土，置于22 mL顶空瓶中，并加入10 mL饱和氯化钠溶液，立即密封，进行顶空-气相色谱分析，测定甲苯含量。

1.3 分析方法

气相色谱条件：火焰离子检测器(FID)，进样口温度220 ℃；分流进样(分流比5∶1)；色谱柱选择石英毛细管柱，30 m(长)×0.32 mm(内径)×0.25 μm(膜厚)；升温程序为：25 ℃保持2 min，之后以8 ℃/min升温至90 ℃，保持5 min，最后以6 ℃/min的速度升温到120 ℃，保持5 min。

载气是氮气，流速为30 mL/min，助燃气是高纯空气，流量为300 mL/min，燃气是氢气，流量为 30 mL/min。

2 结果与讨论

2.1 甲苯浓度对甲苯去除率的影响

取含水率为20%不同浓度的土壤各20 g，考察甲苯浓度对甲苯去除率的影响，结果见图1。

由图1可知，随着甲苯浓度的增加，甲苯去除率呈现出先升高后降低的趋势，浓度为10 g/kg时，去除率最高，加热20 min时，甲苯去除率最高，达到85.29%。

图1 甲苯浓度对甲苯去除率的影响

2.2 土壤含水率对甲苯去除率的影响

取甲苯浓度为15 g/kg不同含水率的土壤进行实验，考察土壤含水率对甲苯去除率的影响，结果见图2。

图2 土壤含水率对甲苯去除率的影响

由图2可知，随着含水率的增加，甲苯去除效率增加，含水率20%时，甲苯去除效率最好，处理20 min 时的去除率为100%。这是因为在15 min时，土壤温度达到了甲苯的沸点110 ℃，继续微波辐照，土壤中的甲苯能更有效的热脱复或热分解。另外，土壤中的水分挥发也能带走一部分甲苯，这使得含水率的增加可以提高甲苯的去除率，甚至可以达到100%。