土壤苯酚污染的化學修復技術研究

摘 要：苯酚對人類健康有較嚴重危害，易通過受來源廣泛的苯酚污染土壤而間接進入人體。本文總結(jié)與探討了土壤苯酚污染的各種化學治理和修復技術與當前研究進展。主要探討了化學淋洗、化學氧化、電化學動力學修復、土壤性能改良等技術，以及化學修復與其他修復方法聯(lián)用的技術等，以期對日益關注的土壤環(huán)境污染修復研究提供有益的幫助。

關鍵詞：土壤;苯酚污染;化學修復

0 引言

土壤是人類生存的重要物質(zhì)基礎，土壤污染自然成為普遍關注的環(huán)境問題中不可缺少的重要組成部分。隨著對環(huán)境問題重視，對各種排放嚴格的控制，各種點源污染已得到較有效控制，關注的焦點逐漸轉(zhuǎn)移到多介質(zhì)非點源污染[1-2]。

苯酚來源廣泛，主要由煉焦，煉油，石油化工，化肥，農(nóng)藥，制造塑料，燃料等過程產(chǎn)生[3]。苯酚通過工業(yè)廢氣排放、汽車尾氣排放、醫(yī)院及建材揮發(fā)等途徑進入大氣，通過濕沉降、石油化工的合成生產(chǎn)過程及產(chǎn)品使用過程中排放污水等途徑進入水體，又通過灌溉、雨水、洪水泛濫等途徑，在土壤環(huán)境中被吸收、積累而造成土壤環(huán)境的污染。進而通過所種植的農(nóng)作物對污染物的吸收所富集，將危害擴大到生物鏈與食物鏈中，最終對人類的健康、生存、繁衍造成危害。由于苯酚具有很大的毒性和致癌作用，我國1989年將其列入到“水中優(yōu)先控制污染物黑名單”中。

土壤苯酚污染治理的技術主要有物理、生物、化學、植物等方法。因各種高濃度廢水（包括液體苯酚）直接污染、固體苯酚由于事故傾灑或工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)搬遷遺留場地等原因?qū)е峦寥辣椒狱c污染，最為廣泛應用的應急處理方法是使用機械清除被污染土壤并在安全區(qū)進行處置，如焚燒。如環(huán)境不允許大量挖掘和清除土壤時，可綜合使用物理、化學和生物方法消除污染。

本文針對多介質(zhì)非點源污染的、不能機械清除的土壤苯酚污染，總結(jié)與探討其中化學治理和修復土壤苯酚污染的方法?；瘜W修復方法主要有化學淋洗、化學氧化、電化學動力學修復、土壤性能改良等技術。

1 化學淋洗

1.1 化學淋洗原理

化學淋洗法利用水流的水力壓頭推動淋洗液透過土壤，借助淋洗液使吸附在土壤顆粒表面的苯酚脫附，使其溶解于水流中，從而使苯酚隨水流從土壤中攜帶出來，最后對含有苯酚的淋洗液進行處理與回收。

1.2 化學淋洗特點

污染土壤淋洗處理技術是一種原位修復技術，可以去除土壤中大量苯酚，有效限制污染物的擴散轉(zhuǎn)移，修復效果徹底、穩(wěn)定，周期短、效率高，同時能夠節(jié)約大筆土壤挖掘運輸費用。但也存在處理過程不易控制管理，淋洗過程的水流容易導致土壤營養(yǎng)元素流失或者沉淀，土壤肥力降低等問題。

1.3 化學淋洗的應用

化學淋洗廣泛用于苯酚污染嚴重土壤的修復，表面活性劑對污染物的洗脫能力高于水。陰離子表面活性劑（LAS）對強極性污染物洗脫效果好，而非離子表面活性劑對弱極性污染物洗脫效果較好。例如，研究表明，用1.0g/L的十二烷基苯磺酸鈉溶液為淋洗劑，對含苯酚10.1mg/kg的模擬污染土壤樣品及現(xiàn)場土壤樣品（苯酚437.25mg/L）進行淋洗，可有效去除模擬污染土壤樣品及現(xiàn)場土壤樣品中苯酚，洗脫率高達93.97%[4]。

2 化學氧化

2.1 化學氧化原理

該技術是通過向土壤中投加化學氧化劑（Fenton試劑、臭氧、過氧化氫、高錳酸鉀等），在化學氧化反應過程中，氧化劑從苯酚等有機污染物獲得電子被還原成環(huán)境中固有的無機物質(zhì)，苯酚等有機污染物失去電子被氧化成對土壤無害的C02和水，從而降低苯酚污染。

2.2 化學氧化特點

化學氧化修復技術能有效去除污染物，具有修復后監(jiān)測維護容易，二次污染小、修復污染物的速度快等優(yōu)勢，且能節(jié)約修復過程中的材料、監(jiān)測和維護成本。其次，化學氧化修復具有藥劑投放方式多樣、治理方案靈活性高等特點，可根據(jù)場地實際情況需要因地制宜調(diào)整優(yōu)化，因此被廣泛應用于污染場地修復。常用的氧化劑包括高錳酸鹽、臭氧、過氧化氫及過硫酸鹽等。適用于土壤和地下水同時被苯酚污染的原位修復。

2.3 化學氧化的應用

目前原位化學氧化技術已作為成熟技術廣泛應用于揮發(fā)性、半揮發(fā)性有機污染及多環(huán)芳烴、農(nóng)藥、炸藥等污染土壤和地下水的原位治理，并在美國、歐洲、澳洲等十幾個國家和地區(qū)進行成功示范案例。在國內(nèi)，崔朋等通過建設注藥井等方式將雙氧水作為氧化劑注入污染土壤中，利用其生成的強氧化性羥基自由基（OH·）修復某化工廠的舊址處被苯酚類有機物污染的土壤[5]。

Fenton氧化劑可與其他方法聯(lián)用，如超聲浸提-Fenton氧化法治理土壤苯酚污染，采用蒸餾水作浸提劑，結(jié)合超聲，將土壤中的苯酚浸提到水溶液中，浸提得到的水溶液加入Fenton試劑氧化其中的苯酚。浸提后的土壤可以保持原有功能，經(jīng)過Fenton試劑氧化處理后的含酚廢水水質(zhì)達到污水排放標準，再予以排放。此法具有較高的提取率，且處理后既沒有破壞土壤肥力和生態(tài)環(huán)境功能，又不會導致二次污染的發(fā)生[6]。

3 電化學動力學修復

3.1 電化學動力學修復原理

電化學動力學修復（簡稱電動修復）是通過電化學和電動力學的復合作用（電滲、電遷移和電泳等），利用電動力學過程對土壤中酚類物質(zhì)的解吸附和遷移，將分散在土壤中的苯酚污染物定向遷移富集到電極區(qū)，再向其中加入處理藥劑或活性微生物進行集中處理或分離的過程。同時也通過加速苯酚污染物向土壤微生物運動，增強其生物可利用性和原位生物降解過程。

3.2 電化學動力學修復特點

除苯酚外，電化學動力學修復方法也適用于其他有機物和重金屬污染土壤修復。其優(yōu)點為修復速度較快、成本較低，特別適用于小范圍的多種重金屬污染粘質(zhì)土壤和可溶性有機物污染土壤的修復。缺點在于針對不溶性有機污染物，需要化學藥劑增加溶解度，易產(chǎn)生二次污染。發(fā)展電動強化的復合污染土壤聯(lián)合修復技術將是未來一項非常具有研究價值的課題。

3.3 電化學動力學修復的應用

在電動修復技術中，電動--滲透性反應墻技術（Elec trokinetics-Permeable Reactive Barrier，簡稱EK-PRB）是近些年國際上新興的一種土壤、地下水原位修復技術[7]。該技術主要通過電滲流的作用將苯酚污染物遷移到滲透性反應墻處，與滲透性反應墻內(nèi)的填料發(fā)生物理化學反應，從而去除苯酚污染物[8]。

具體來說就是利用土壤中的電極在污染土壤的兩端加上低壓直流電場，在直流電的驅(qū)動下，使得水溶的或吸附在土壤顆粒表層的污染物向不同的電極方向運動，從而富集在電極區(qū)進行分離或集中處理的過程。單一電動修復技術只能使污染物遷移到陰陽極附近，很難再進一步去除污染物，而電動--滲透性反應墻技術能很好地彌補這一不足，且具有修復周期短、修復效果較好、經(jīng)濟代價小和無二次污染等優(yōu)點。

影響電動--滲透性反應墻對苯酚污染的去除效果的主要因素有電場強度、LAS濃度和控制液成分等[9]。

4 土壤性能改良

污染物的遷移轉(zhuǎn)化與土壤性質(zhì)有密切關系，因此土壤改性也可作為治理苯酚污染的一種方法。陽離子改良后的有機膨潤士可作為固定和生物降解表層土壤混合污染物的活性介質(zhì)。

研究表明，在用未處理的膨潤土進行的實驗中，土壤微生物在含重金屬的情況下經(jīng)過25h的滯后期后開始生長，在350h內(nèi)完全降解苯酚。50mg/kg濃度的重金屬能輕微抑制土壤微生物的生長從而阻礙苯酚的降解。在土壤中加入陽離子表面活性劑能大大提高土壤吸附固定苯酚的能力。孟昭福研究了十六烷基三甲基溴化銨（CTMAB）單一修飾和十六烷基三甲基溴化銨+十二烷基磺酸鈉（CTMAB+SDS）混合修飾土壤耕層、粘化層土樣對苯酚吸附機理，表明填土耕層和粘化層土樣經(jīng)修飾后對苯酚的吸附能力顯著增大，且與修飾劑的比例成正相關關系。耕層原土吸附苯酚能力高于粘化層原土，但修飾后粘化層修飾土樣對苯酚的吸附能力超過耕層[10]。

5 聯(lián)合修復技術

5.1 物理--化學聯(lián)合修復技術

土壤物理--化學聯(lián)合修復技術是適用于苯酚污染土壤離位處理的修復技術。

溶劑萃取--光降解聯(lián)合修復技術是利用有機溶劑或表面活性劑提取苯酚有機污染物后進行光解的一項新的物理--化學聯(lián)合修復技術，也可以利用光調(diào)節(jié)的TiO2催化修復苯酚污染土壤。

5.2 化學/物化--生物聯(lián)合修復技術

化學/物化--生物聯(lián)合修復技術能發(fā)揮化學或物理化學修復的快速優(yōu)勢，同時結(jié)合非破壞性的生物修復特點，取長補短，使其具有兩者的優(yōu)點。例如化學淋洗--生物聯(lián)合修復基于化學淋溶劑作用，通過增加污染物的生物可利用性而提高生物修復效率。

6 結(jié)語

目前，處于研究階段的土壤苯酚污染的化學處置方法較多，有的方法尚停留在實驗室階段，未見成熟實際修復案例;有的使用成本高、技術復雜，還可能對環(huán)境產(chǎn)生二次影響。

總體上有機物污染土壤的修復具有較大的難度，采取單一化的生物修復技術、物理修復技術或者化學修復技術都難以達到預計效果[11]。實踐中多傾向于化學修復法與其他方法聯(lián)用，發(fā)揮聯(lián)合優(yōu)勢，突破治理難點。

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作者簡介：

蔣凡（1997- ），女，本科，西北農(nóng)林科技大學環(huán)境與資源學院環(huán)境工程專業(yè)。