有機物污染土壤的高級氧化技術修復研究

趙義君

(上海市政工程設計研究總院集團第六設計院有限公司,安徽 合肥 230000)

隨著工業(yè)化的發(fā)展，大量有機污染物排放到環(huán)境中，造成嚴重的水污染、大氣污染及土壤污染。化學農藥、石油、多氯聯(lián)苯及多環(huán)芳烴是土壤中常見的有機污染物。此外，大氣中的有機污染物通過沉降、降水等方式進入土壤，水環(huán)境中的有機污染物則通過河湖、農田灌溉、污泥回用等方式進入土壤，加劇了土壤污染。相比于水污染和大氣污染，土壤污染具有隱蔽性、滯后性及積累性，對生態(tài)環(huán)境及身體健康的影響更為嚴重。

1 土壤有機物修復技術

土壤污染修復是指通過物理的、化學的和生物的方法，吸收、降解、轉移和轉化土壤中的污染物，使土壤污染物濃度降低到可以接受的水平，或者將有毒有害的污染物轉化為無害物質的過程[1]?，F(xiàn)階段，針對土壤有機污染物污染的修復技術主要有物理法、生物法、化學法[2]。

1.1 物理修復技術

物理修復技術主要是通過物理的手段對土壤中的污染物進行稀釋或分離，進而實現(xiàn)土壤中有機污染物含量降低或去除的修復技術。具體修復方法主要有覆土稀釋、蒸汽抽提法以及熱脫附技術等。物理修復技術能夠在修復污染土壤的同時，減少對土壤結構的破壞，但是物理修復技術的成本通常較高，且修復效果和效率受土壤結構及質地等客觀因素影響。

1.2 生物修復技術

生物修復技術是通過土壤生物(包括動物、植物及微生物)代謝使土壤中有機污染物轉化為水、二氧化碳、無機鹽等無毒害成分，達到土壤中有機物含量降低或者無害化的技術[3]。具體修復方法有動物修復、植物修復、微生物修復及聯(lián)合修復。生物修復技術是一種低投資、高效益、發(fā)展?jié)摿^大的新興技術，但是也有其自身的局限性，如不能降解所有進入環(huán)境的有機污染物、受外界環(huán)境因素(如溫度、氧氣、水分、pH值、碳氮比等)影響較大。

1.3 化學修復技術

化學修復技術是利用化學修復劑的氧化性、還原性及催化性，將土壤中的有機污染物轉化為無毒或者是低毒的物質，從而達到土壤修復的目的。具體修復方法有化學清洗法、化學還原與還原脫氯技術、化學固化/穩(wěn)定化技術及化學氧化技術等。相對于化學修復的其他各項技術，化學氧化技術是對污染物類型和濃度均不敏感的修復方式，是一種快捷的修復方法，其中以芬頓氧化、過硫酸鹽氧化、臭氧氧化等為主導的高級氧化技術引起了國內外學者的廣泛關注，成為現(xiàn)有的主流化學氧化技術[4]。

2 高級氧化技術修復有機污染土壤

高級氧化修復技術是通過催化或能量輸入的方法使體系中產生高氧化活性物種，如羥基自由、單線態(tài)氧、硫酸根自由基等，進攻有機污染物基團，從而使大分子有機污染物降解為水、二氧化碳、小分子酸、無機鹽等無毒產物。利用高級氧化技術修復有機物污染土壤，可將難揮發(fā)、生物難降解、難溶于水的污染物進行降解，具有成本低、見效快的特點。

2.1 芬頓氧化修復技術

自19世紀法國科學家Henry J Fenton發(fā)現(xiàn)芬頓試劑以來，F(xiàn)e2+和H2O2被廣泛應用于水中有機污染物的治理?，F(xiàn)階段，該技術在土壤有機污染物的治理也被廣泛研究和應用。在酸性條件下，F(xiàn)e2+會催化H2O2產生強氧化性的羥基自由基，通過奪氫反應或加羥基反應降解有機污染物[5]。經過多年的研究，該技術的操作工藝不斷升級，從只有Fe2+和H2O2參與的暗芬頓反應，發(fā)展成為有紫外光參與的UV/芬頓反應，再慢慢演化為在體系中加入各種助劑促進芬頓反應，使得體系的降解效率越來越高。肖鵬飛等人[6]研究發(fā)現(xiàn)在六氯苯污染的黑土壤中加入表面活性劑，能夠顯著提高類芬頓試劑對六氯苯的降解率。但是有機質含量高或其他物質(如螯合劑、表面活性劑)含量高的土壤需要消耗大量的氧化劑，是芬頓氧化的一大缺點。此外，由于土壤中的氧化鐵和酶(如過氧化氫酶和過氧化物酶)可以分解H2O2，導致氧化劑利用率低。

2.2 臭氧氧化修復技術

臭氧是一種自然界存在的氣體強氧化劑，是一種環(huán)保、清潔的土壤修復技術。臭氧的強氧化性可以直接氧化土壤中的有機污染物。此外，臭氧在環(huán)境分解產生的自由基也能夠高效地降解土壤中的有機污染物。張暉等人[7]研究表明，被蒽污染的土壤經臭氧氧化后，生物利用性明顯提高。臭氧在土壤中擴散，可以降低易揮發(fā)有機污染物在土壤中的濃度，縮短修復時間，但是臭氧氧化法的修復效率顯著受修復土壤含水率的影響。

2.3 過硫酸鹽修復技術

基于硫酸根自由基的高級氧化技術是一種新型的高級氧化技術。相比傳統(tǒng)的芬頓氧化技術，該技術以固體過硫酸鹽作為氧化劑，便于儲存和運輸；過硫酸經活化后產生的活性氧物種其氧化性比傳統(tǒng)的芬頓試劑更高，硫酸根自由基的氧化還原電位為2.5～3.1 V，與有機物反應更徹底[8]；過硫酸鹽的活化途徑多樣，如過渡金屬、碳基材料、紫外光、超聲波等。這些優(yōu)點使得過硫酸鹽高級氧化技術在有機污染土壤的修復治理中具有獨特的優(yōu)勢和良好的應用前景。李永濤等人[9]研究了熱活化過硫酸鹽法修復柴油污染土壤，結果表明，在合適的反應條件下，反應72h后柴油的降解率可達到77.85%。Zhou等人[10]比較文獻中各種氧化劑修復有機污染土壤的研究，發(fā)現(xiàn)過硫酸鹽體系在修復有機污染土壤，特別是多環(huán)芳烴污染土壤方面具有不可忽視的優(yōu)勢。

3 總結

雖然高級氧化技術修復污染土壤具有快速高效的特點，且在技術研究上已有一定的進展，但仍存在許多技術上的難題，例如，在修復過程中往往需要添加化學藥劑，可能會造成土壤結構或土壤生態(tài)系統(tǒng)的改變。土壤修復是一個多因素復雜影響的過程，需要進一步完善高級氧化技術的基礎研究，加強與其他修復技術間的協(xié)同作用。