活化過硫酸鈉的 高級氧化技術對半揮發性污染土壤的應用實例

隨晉(上海桃浦智創城開發建設有限公司，上海 200060)

1 項目介紹

本項目位于上海市郊區，歷史用地為工業企業用地，修復面積約900m2，污染土方量共1800m3，主要污染物為半揮發性有機物苯并(a)芘，分布在0.5～1.5m 層的雜填土土壤。該地塊后續用地類型為科研用地，人體健康風險評估分析計算土壤風險控制值得出的苯并(a)芘的修復目標值(1)清挖后場地基坑及側壁土壤中苯并(a)芘含量低于1.86mg/kg；(2)經異位高級氧化處理后的污染土壤， 苯并(a)芘含量低于1.86mg/kg。

2 活化過硫酸鈉高級氧化原理

過硫酸鹽是一種常見氧化劑，也是環境污染治理的常用藥劑，過硫酸鹽活化的高級氧化技術能夠有效用于地下水土環境的修復[1]。其在水中能產生過硫酸根離子，，其過氧基O—O 使其具有較高的氧化性。在常溫下反應速率較慢，但在光、熱、過渡金屬離子(如：Fe2+、Ag+、Ce2+等)、pH[2]等條件下被活化，產生，氧化性大大提高，接近羥基自由基OH·，可降解大部分有機物。

高煥方等[3]利用亞鐵活化過硫酸鈉(Na2S2O8)嘗試修復模擬機油污染的土壤，發現在還原鐵粉和活性炭的強化下，土壤中總石油烴的去除率為42.99%；潘小蓮等[4]以氧化鈣(CaO)活化Na2S2O8對六六六污染的土壤進行修復，表明當添加4% CaO，2.5% Na2S2O8對其中單一異構體的降解率能達到91.76%，整體降解率隨Na2S2O8的投加量分布在50.10%～90.31%，修復效果顯著；張永明等[5]也利用活化Na2S2O8的高級氧化對焦化企業造成的多環芳烴污染土壤進行修復，能顯著提高修復效率。這些案例證明，活化的過硫酸鹽高級氧化技術能夠有效修復有機污染的土壤，以此為基礎，本項目也嘗試利用CaO 活化Na2S2O8對苯并(a)芘的半揮發性有機污染物的土壤進行修復，補充并指導以活化過硫酸鹽為基礎的高級氧化技術對半揮發性有機污染土壤的工程實踐。

3 項目修復案例實施

3.1 實驗室小試

為驗證異位高級氧化技術對本場地污染土壤修復效果，本項目針對苯并(a)芘污染土壤開展了實驗小試。本實驗氧化劑選用過Na2S2O8，激活劑選用CaO。

根據項目經驗，設置激活劑投加量比例為2%，實驗分組如表1 所示。其中，①組為空白對照，不投加任何藥劑；②組不添加氧化劑，只添加激活劑；③④⑤⑦⑧組按照0.5%、1%、2%、3%和4%的梯度添加氧化藥劑，激活劑投加量均為2%，⑥組添加2%的氧化藥劑，不添加激活劑。

對采集的土壤進行預處理，包括破碎、混勻、篩分，用四分法稱取定量土壤。將激活劑加入燒杯中，與土壤攪拌均勻。向燒杯中以干粉形式投加氧化劑，并攪拌均勻，在燒杯中加入20mL純水，充分攪拌后，用保鮮膜密封，在室溫下養護反應3 天后檢測苯并(a)芘濃度、pH 值，結果如表2 所示。

根據小試實驗結果，采用1%及以上的Na2S2O8并在CaO激活的條件下能達到修復目標，當投入2%的Na2S2O8和2%的CaO 后，污染物的去除率達到最高為87.4%。為避免過度修復，結合考慮實際施工過程中的損耗因素，小試階段Na2S2O8投加比暫定為1%，CaO 投加比暫定為2%。

表1 小試實驗分組及藥劑投加情況表

表2 小試實驗分析結果

3.2 現場中試

修復施工前，開展了現場中試實驗。選取20m3污染土壤樣品，用Allu 斗篩分均勻混合后取土壤樣品1 個，送實驗室檢測，測定污染土初始濃度。向土壤中添加2%的CaO，同時將污染土壤進行破碎篩分，篩除污染土壤中的較大顆粒。

將預處理后的污染土壤隨機分堆，每堆分別添加不同比例的Na2S2O8(如表3)，用Allu 斗篩分2 次，將污染土壤與藥劑混合均勻，養護3 天后取樣測定污染物濃度。結果顯示，隨藥劑添加比例增大，污染物去除率不斷增高，當Na2S2O8添加量在1%時，目標污染物均降低至修復目標值以下，最終氧化劑用量控制在1～2%的范圍。

表3 現場中試實驗分組及藥劑投加情況

3.3 工程實施

本項目污染土壤修復主要分為以下5 個工序：

(1)清理場地污染區域內的建筑垃圾，統一收集、堆放。地塊中的建筑垃圾是污染土壤存在的主要部分，進行土壤污染修復前，需對修復范圍內建筑垃圾進行統一收集與沖洗處置。

(2)在場地內進行異位修復區域建設。場地中建設C20 商品混凝土地面澆搗的土壤修復作業區域和土壤養護區，厚度為15cm，在場地四周堆砌擋土墻，高度50cm，并且在堆放場地低洼一側設置引導溝。

(3)污染土壤開挖與修復。本項目采取一級放坡開挖，放坡系數為1:1，靠近圍墻處采用模板斜支撐支護，然后將污染土壤清挖至土壤修復作業區域，并及時進行基坑和側壁自檢工作，以免少挖和超挖。開挖后污染土壤采用土壤破碎篩分設備Allu斗對污染土壤進行破碎和篩分，將石塊和雜物等篩出。在修復過程中藥劑投加比為1%。加藥后的土壤轉移至養護區域進行養護處理，養護周期3 天，養護后進行土壤自檢。

(4)修復后效果評估與驗收檢測。修復完成后的土壤由效果評估單位進行驗收采樣。經檢測，污染土壤經修復后達到修復目標值。

(5)修復完成回填并對地塊進行平整和恢復。本地塊污染土壤均采用異位處理方式修復，全部為原地異位高級氧化修復。根據建設單位要求，修復達標后的土壤回填至基坑并進行平整及壓實，防止水土流失。回填完成后場地表面覆蓋防塵網，減少因揚塵產生的二次污染。

4 結語

本項目針對場地土壤中半揮發性有機污染物苯并(a)芘，采用活化Na2S2O8的異位高級氧化技術，實驗證明在2% CaO的激活條件下，1～2%Na2S2O8能夠實現目標污染物的有效去除，在工程中以1%Na2S2O8與2% CaO 修復全部污染土方并通過驗收。處理后的土壤采用原位回填的方式進行處置。該案例補充了活化Na2S2O8的高級氧化技術對半揮發性有機污染土壤的修復，對多環芳烴污染土壤的修復具有實踐指導意義。