活化過硫酸鈉修復(fù)多環(huán)芳烴污染土壤效果研究

陽 杰，杜保森

(1 上海興東環(huán)保科技有限公司，上海 200042；2 上海市環(huán)境科學(xué)研究院，上海 200042)

多環(huán)芳烴(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAHs)是指含2個(gè)及2個(gè)以上苯環(huán)的碳?xì)浠衔锛坝伤鼈冄苌龅母鞣N化合物總稱，是一類具有“三致”作用的持久性有機(jī)污染物[1]。多環(huán)芳烴易吸附在有機(jī)固體物質(zhì)上，由于其生物利用率低，難以被降解，可長(zhǎng)期存在于環(huán)境中，是我國(guó)列出的環(huán)境優(yōu)先污染物之一[2]。作為一類廣泛存在于土壤、地表水和污水中，其主要來源為自然界和人類活動(dòng)[3]。隨著PAHs對(duì)土壤的污染日益嚴(yán)重，對(duì)人類健康生活也產(chǎn)生嚴(yán)重威脅，因此對(duì)PAHs污染的土壤亟需進(jìn)行有效修復(fù)，治理修復(fù)PAHs污染土壤工作勢(shì)在必行。PAHs土壤污染修復(fù)技術(shù)有很多種，主要有化學(xué)修復(fù)、生物修復(fù)、物理修復(fù)三大類[4]。化學(xué)氧化技術(shù)能夠同時(shí)處理多種有機(jī)污染物，且在我國(guó)也有很多土壤污染修復(fù)工程的應(yīng)用實(shí)例，均取得了很好的效果。與其他技術(shù)相比，該技術(shù)具有處理時(shí)間短、適用范圍較廣、工程實(shí)施便捷等優(yōu)勢(shì)[5]。過硫酸鈉作為應(yīng)用于國(guó)內(nèi)多個(gè)多環(huán)芳烴類污染土壤地塊的高級(jí)氧化藥劑備受關(guān)注。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 供試土壤

本試樣土壤取自上海市浦東新區(qū)某污染地塊，地塊面積約為86560.8 m2。采集的供試樣品應(yīng)具有代表性和針對(duì)性，并且考慮到土壤的不均勻性和實(shí)驗(yàn)的偶然性，應(yīng)開展多組重復(fù)性驗(yàn)證。將所采集土壤自然風(fēng)干后進(jìn)行預(yù)處理，剔除砂礫、草根等雜物，研磨過60目篩備用。按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50123-1999)布置常規(guī)及特殊物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)。測(cè)得供試土壤理化性質(zhì)：含水率為28.6%，密度1.90 g/m3，比重2.71。其中兩個(gè)苯并(a)芘樣品濃度分別為3.3 mg/kg、2.2 mg/kg，二苯并(a,h)蒽濃度為0.98 mg/kg、0.67 mg/kg，均超過《土壤環(huán)境質(zhì)量 建設(shè)用費(fèi)土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》(GB 36600-2018)中的第一類用地篩選值。超標(biāo)倍數(shù)分別為：5、3、0.78、0.22。

1.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

驗(yàn)證在固定的生石灰投加量、反應(yīng)時(shí)間等工藝參數(shù)和堿性條件下，添加不同比例的過硫酸鈉對(duì)土壤中多環(huán)芳烴的處理效果。

1.3 主要實(shí)驗(yàn)儀器與試劑

CaO(分析純，98%)，MACKLIN；Na2S2O8(分析純，98%)，MACKLIN；7890B-5977B氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，Agilent 安捷倫；PHS-3C型pH計(jì)，雷磁；BUCHI E-916快速萃取儀，睿科Auto EVA-20L；電子天平(精確度0.0000)，Ohaus。

1.4 實(shí)驗(yàn)步驟

(1)將所采集土壤自然風(fēng)干后進(jìn)行預(yù)處理，剔除砂礫、草根等雜物。

(2)將所采集土壤/底泥平攤于桌面，用木鏟搗碎，并用60目篩子進(jìn)行篩分。

(3)采用四分法取土，將土壤混勻平均分為四份，在每份中分別取出25 g土樣，將所得100 g土壤放置于燒杯中，并進(jìn)行編號(hào)。

(4)在編號(hào)為5～20的土壤樣品中加入2%的生石灰，使用木鏟混勻，稱取該土壤10 g，加入25 mL蒸餾水，攪拌后靜置30 min，使用pH計(jì)測(cè)試pH值約為12～13，確保土壤環(huán)境為堿性條件。

(5)稱量不同比例添加量的過硫酸鈉，加入編號(hào)對(duì)應(yīng)燒杯，用玻璃棒進(jìn)行攪拌，并加入少量去離子水，控制含水率在30%左右。

(6)控制溫度為25 ℃，養(yǎng)護(hù)5天之后，土壤樣品送至實(shí)樸檢測(cè)技術(shù)(上海)服務(wù)有限公司對(duì)各個(gè)樣品中的多環(huán)芳烴進(jìn)行檢測(cè)分析。

表1 A組實(shí)驗(yàn)土壤信息匯總表

表2 B組實(shí)驗(yàn)土壤信息匯總表

為了保證實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)的可靠性，本次供試土壤分為A、B兩組，各組土壤原樣信息詳見表1。

表3 A組土壤藥劑添加比例

表4 B組土壤藥劑添加比例

1.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

A組實(shí)驗(yàn)中，隨著過硫酸鈉藥劑投加量的增加，苯并(a)芘濃度分別為：1.62 mg/kg、0.51 mg/kg、0.29 mg/kg、0.28 mg/kg，降解率分別為50.91%、84.55%、91.21%、91.52%；二苯并(a,h)蒽濃度分別為0.57 mg/kg、0.32 mg/kg、0.13 mg/kg、0.12 mg/kg，降解率分別為41.84%、67.35%、86.73%、87.76%。

B組實(shí)驗(yàn)中，隨著過硫酸鈉藥劑投加量的增加，苯并(a)芘濃度分別為：1.12 mg/kg、0.41 mg/kg、0.25 mg/kg、0.24 mg/kg，降解率分別為49.09%、81.36%、88.64%、89.09%；二苯并(a,h)蒽濃度分別為0.42 mg/kg、0.19 mg/kg、0.09 mg/kg、0.08 mg/kg，降解率分別為37.31%、71.64%、86.57%、88.06%。

圖1 A組修復(fù)效果濃度圖

圖2 B組修復(fù)效果濃度圖

圖3 A組不同濃度過硫酸鈉對(duì)PAHs的降解率

圖4 B組不同濃度過硫酸鈉對(duì)PAHs的降解率

1.6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在堿性條件下，加入1.5% 的過硫酸鈉藥劑對(duì)于該地塊土壤中PAHs具有較好的去除作用，苯并(a)芘、二苯并(a,h)蒽可滿足《土壤環(huán)境質(zhì)量 建設(shè)用費(fèi)土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》(GB 36600-2018)中的第一類用地篩選值，投加至2.0%～3.0%過硫酸鈉，目標(biāo)污染物的濃度更低。從折線圖可以看出，當(dāng)投加過硫酸鈉0.5%～3.0%范圍，藥劑投加量越高，對(duì)目標(biāo)污染物的修復(fù)處理效果越好，但是隨著藥劑量的投加，堿活化過硫酸鈉對(duì)于PAHs的降解率趨于穩(wěn)定。在添加3%的過硫酸鈉時(shí)，苯并(a)芘的降解率最高能達(dá)到91.52%，二苯并(a,h)蒽降解率最高能達(dá)到88.06%，處于 Nadim等[8]得出的75%～100%的范圍。

對(duì)比圖1、圖2和圖3、圖4可以看出，濃度較高的PAHs去除效果相對(duì)于濃度較低的PAHs去除效果較好，降解率也更高。這是因?yàn)镻AHs污染物的初始濃度對(duì)于其降解效果有一定影響，一般情況下，污染物初始濃度越高，相應(yīng)的去除率越高，其最終污染物的濃度也相對(duì)越高[9-10]。

2 結(jié) 論

采用堿活化過硫酸鈉異位修復(fù)多環(huán)芳烴污染土壤，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明加入2%的氧化鈣和1.5%的過硫酸鈉藥劑對(duì)于該地塊土壤中PAHs具有較好的去除作用。雖然堿活化過硫酸鈉異位修復(fù)技術(shù)在國(guó)內(nèi)已取得一定成果，在國(guó)內(nèi)外有著廣泛的應(yīng)用案例，但由于土壤的不均一性，養(yǎng)護(hù)時(shí)間、養(yǎng)護(hù)溫度、含水率以及污染土壤與反應(yīng)藥劑的混勻程度對(duì)修復(fù)效果影響很大，因此在實(shí)際修復(fù)工程中，還因進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)中試來確定調(diào)整相應(yīng)的工藝參數(shù)。況且實(shí)際修復(fù)工程中多是兩種及以上的污染物共同存在，當(dāng)飽和帶土壤存在污染時(shí)，土水作為共生體系，地下水也可能受到一定程度的污染。今后的實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)做好前期調(diào)查工作，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果并結(jié)合污染地塊的特點(diǎn)，充分利用堿活化過硫酸鈉的作用機(jī)理，與多種修復(fù)技術(shù)相輔相成，從而取得更好的修復(fù)效果，最終使污染地塊滿足相應(yīng)建設(shè)用地標(biāo)準(zhǔn)被合理規(guī)劃開發(fā)，為地區(qū)帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。