修復(fù)柴油污染土裝置

許鈞軼

摘 要：土壤的石油類污染物污染既有生產(chǎn)過程的污染物直接排放，也有污染物的間接遷移。石油類污染物進(jìn)入土壤，可引起土壤理化性質(zhì)的變化，引起土壤微生物群落、微生物區(qū)系的變化。土壤的石油類污染物污染會直接導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)品質(zhì)量下降，縮減實際耕種地面積，出現(xiàn)糧食減產(chǎn)，食用生長在被石油類污染物污染土壤的農(nóng)產(chǎn)品會對人類的健康產(chǎn)生嚴(yán)重影響。因此，土壤的石油類污染物污染問題已成為世界各國普遍關(guān)注的環(huán)境問題。

關(guān)鍵詞：修復(fù);石油類污染物;柴油污染

一、研究意義

1）石油烴及其組分會通過土壤向地下水遷移，造成地下水環(huán)境中石油烴組分的不同程度檢出，降低地下水的品質(zhì)，造成水井報廢、居民搬遷，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)匕l(fā)展。通過對電動修復(fù)柴油對土壤的污染，有效遏制石油烴向地下水遷移。

2）農(nóng)作物在被柴油污染的土壤中無法生長。在長期的柴油泄漏滲入土壤的地方，嚴(yán)重影響土壤的農(nóng)作物產(chǎn)量，同時柴油還會隨著附近作物生長進(jìn)入作物內(nèi)，隨著食物鏈進(jìn)入人體，對人體造成嚴(yán)重影響。利用修復(fù)車修復(fù)被柴油污染的土壤緩解柴油對作物生長的影響，降低柴油進(jìn)入人體的幾率。

3）相較于燃燒土壤再進(jìn)行土壤回填的異位修復(fù)，利用電動修復(fù)土壤的原位修復(fù)，有效提高了污染物的去除效率，對土壤內(nèi)環(huán)境的影響很小，也降低修復(fù)成本。

二、項目的研究內(nèi)容和研究目標(biāo)

1、研究目標(biāo)

對實地調(diào)研的結(jié)果分析顯示，使用者在對農(nóng)用機(jī)械的燃料補(bǔ)充過程中及農(nóng)用器械使用過程中，出現(xiàn)嚴(yán)重柴油泄露現(xiàn)象。目前對于耕種土壤被柴油污染的處理方法大多是自然降解。自然降解方法存在耗時長，效率低，柴油殘留嚴(yán)重等缺點。本項目利用電化學(xué)原理，在農(nóng)戶使用完機(jī)械后及時對被污染耕地土壤進(jìn)行修復(fù)，增加農(nóng)作物收成，為農(nóng)民增加收入，推動農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

2、研究內(nèi)容

本項目旨在解決因使用者的操作不當(dāng)而出現(xiàn)的柴油污染耕種土壤的現(xiàn)象。減清柴油對耕地土壤的危害，減少柴油對人體的毒害。主要結(jié)構(gòu)如圖所示。

三、項目研究的實施方案及擬采取研究方法和技術(shù)路線

1、修復(fù)電極設(shè)計

農(nóng)用機(jī)械出現(xiàn)的柴油泄露問題具有柴油泄露量小、擴(kuò)散慢等特點。可以通過設(shè)立多個電極，增大電解液的容量，來解決電解液的用量問題。同時柴油進(jìn)入土壤后擴(kuò)散效率和含水率有關(guān)，表層的土壤水分散失較多，在進(jìn)行電動修復(fù)時，需要在表層土噴灑適量水。

用硬質(zhì)材料做圓柱狀帶孔的電極井，內(nèi)部放置濾紙防止土壤固體物進(jìn)入電解液。在兩個電極井上設(shè)置小型電解液循環(huán)系統(tǒng)，目的是防止陰極室和陽極室中出現(xiàn)PH過大的情況，使兩個電極井中電解液保持中性。小型電解液循環(huán)系統(tǒng)通過導(dǎo)管連接兩個電極井，上部設(shè)置循環(huán)泵，數(shù)據(jù)采集箱通過采樣電極與土壤直接相連，用來采集土壤中相關(guān)電場數(shù)據(jù)

2、檢測土壤電阻率實現(xiàn)檢測柴油含量

利用電阻率法對污染場地進(jìn)行檢測的突出特點，就是能夠做到快速，無損地隨時隨地進(jìn)行監(jiān)測，不需要安裝特定的監(jiān)測設(shè)備，不影響對污染場地的修復(fù)治理工作

土壤中的有機(jī)質(zhì)含量與土壤電阻率呈負(fù)指數(shù)關(guān)系，即隨著土壤有機(jī)質(zhì)含量的升高，土壤電阻率呈負(fù)指數(shù)減小。

結(jié)合本項目的特點，采用四電極測深法進(jìn)行被污染土壤的電阻率測量，從而實現(xiàn)對土壤柴油殘留的檢測。項目使用型號為ES3010E的接地電阻儀。在小車處理過被污染土壤后，將電阻儀的接地棒打到土壤下，有鉗子的一段接線，相同顏色對應(yīng)相同接口，共有紅、黃、綠、黑四根線，接地線的按照H、S、ES、E順序成一直線排列，每個接地棒之間距離為5米，打開開關(guān)進(jìn)行測量，從電阻儀面板上進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取。

3、增大柴油溶解度

在使用電極對土壤中柴油污染物進(jìn)行處理時，發(fā)生電滲流效應(yīng)。柴油在水中難溶，所以單純利用土壤中的孔隙水對柴油進(jìn)行處理是不夠的?？紤]到緩沖溶液的獲取條件和對土壤的危害，本項目采用乙醇作為處理柴油的緩沖溶液。

有實驗將乙醇和柴油灑在土壤中在深度10cm到30cm處去土壤，對成分進(jìn)行分析。結(jié)果表明，乙醇更容易從土壤中蒸發(fā)掉，而且乙醇更容易隨水分轉(zhuǎn)移到土壤中有微生物的地方，這些生物活性能夠使乙醇的濃度進(jìn)一步減小。

將醇燃料和柴油灑入土壤中進(jìn)行實驗比較，結(jié)果表明，在噴灑了甲醇及乙醇的土壤中，植物生長受到的影響比汽油及M15混合燃料的低。一年以后，在受醇燃料污染的地方，植物生長出的總量是正常土壤的65%，而受汽油及M15污染的土壤生長出植物的總量只有未受污染土壤的50%及45%。

根據(jù)上述實驗分析可知，使用乙醇作為緩沖溶液對土壤的危害，相較于柴油對土壤的危害，大大降低，同時乙醇所具有的揮發(fā)性強(qiáng)等特性，也減少了對土壤的危害。

四、項目的研究基礎(chǔ)和可行性分析

1、柴油的擴(kuò)散速率

柴油在進(jìn)入土壤后，會不斷地被土壤礦物質(zhì)和有機(jī)物所吸附，繼而在影響其在土壤中地遷移和分布。影響石油類污染物在土壤中遷移的因素很多，對于某一特定多孔介質(zhì)，含水率是影響油品在土壤非飽和帶遷移的重要理化性質(zhì)之一。

含水量在15.5%～18.5%之間的土壤是最適宜耕種的土壤。柴油滲入土壤是重力、毛細(xì)力和粘滯力等共同作用的結(jié)果。

2、柴油的揮發(fā)性

液體的揮發(fā)性主要依據(jù)飽和蒸汽壓參數(shù)，飽和蒸汽壓越高，說明液體揮發(fā)性越強(qiáng)，安全風(fēng)險越大。柴油餾分重，沸點為282℃-338℃，常溫下飽和蒸汽壓在4kPa左右，屬于不易揮發(fā)性石油產(chǎn)品。

綜上，在實際應(yīng)用中，農(nóng)用機(jī)械使用得輕柴油灑落在土壤中，應(yīng)綜合考慮輕柴油得揮發(fā)性和擴(kuò)散性，從而較為準(zhǔn)確得出污染范圍和污染深度。

3、電極工作電壓

多環(huán)芳烴（PAHs）具有生物難降解性，是土壤中常見的持久性有機(jī)污染物之一。多環(huán)芳烴有較強(qiáng)的憎水性，導(dǎo)致它們強(qiáng)烈吸附在土壤上。性質(zhì)與柴油類似。在針對多環(huán)芳烴（PAHs）的研究過程中，在加入非離子型表面活性劑Igepal CA-720、Tween 80、羥丙基-B-環(huán)糊精提高電動力學(xué)遷移效果的情況下，實驗人員采用的電壓在0.5～1V/cm。

在電動力學(xué)修復(fù)鎘污染土壤時，在適宜的操作和合適的活性劑條件下，電壓梯度為2V/cm時去除率就可以達(dá)到95%以上，之后隨著通電電壓的增大去除率沒有明顯變化。同時對修復(fù)過程中土壤PH值、陰陽極電解液PH值得變化以及土壤含水率變化也進(jìn)行了研究。

電動修復(fù)過程中土壤中的水分充當(dāng)了導(dǎo)電介質(zhì)，土壤含水率越高，表明土壤中空隙水含量越高，越有利于導(dǎo)電。實驗中針對不同取樣點的土壤含水率進(jìn)行了測定，電動修復(fù)前不同部位的土壤初始含水率大致相同，在22%左右，經(jīng)過電動修復(fù)后，靠近陽極側(cè)土壤含水率增加，達(dá)到 35% ，而靠近陰極側(cè)的土壤含水率幾乎沒發(fā)生變化。通電后，土壤空隙水在電場力作用下發(fā)生定向遷移，主要通過電滲析作用向陰極移動，理論上陰極側(cè)的土壤含水率較高，而實際陽極側(cè)的土壤含水率較高。這是因為陰極電解產(chǎn)生的OH- 進(jìn)入土壤中生成氫氧化物沉淀，R值會升高，阻礙了空隙水的遷移，從而造成陽極側(cè)土壤含水率升高;另一方面陽極槽里的電解液在電場力作用下，沿著具有較小擴(kuò)散阻力的多孔材料進(jìn)入土壤中，造成土壤含水率增加。土壤含水率過低，會使土壤滲透性下降，到點效果降低。

（武漢理工大學(xué)）