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随着我国城市化进程的加快和产业结构调整政策的实施,对工业污染场地土壤进行修复、确保人居环境安全已是当务之急。污染土壤需要进行修复后才可进行土地再利用。多环芳烃(PAHs)作为一类具有三致效应的持久性有机污染物,其污染场地的修复也备受关注。对PAHs污染土壤采取有效的、合理的和可行的修复技术已成为当前的研究热点。
本文以北京市某焦化厂PAHs实际污染场地的土壤为研究对象,研究土壤洗涤(Soilwashing)的洗涤条件对土中5种目标PAHs去除的影响。同时,重点分析显著影响条件对洗涤有效性的影响。具体的研究内容有:研究搅拌强度、洗涤时间、表面活性剂浓度、液固比、温度和间歇搅拌六个洗涤条件对土壤洗涤去除5种目标PAHs(苯并(a)葸、苯并(b)荧葸、苯并(k)荧葸、苯并(a)芘和茚并(1,2,3-cd)芘)的影响;通过相关指标定量分析洗涤时间、表面活性剂浓度和液固比对洗涤有效性的影响,并与洗涤去除率(R)结合得到最佳洗涤条件;分析最佳洗涤条件下的洗涤去除率(R)和增溶百分比(SP)与土中PAHs初始浓度之间的关系。得到的主要结论如下:
1.实验土壤具有较低的总有机碳(TOC)和阳离子交换能(CEC)。>50μm的粗粒组分占土壤总质量的82.95%,其含有的多环芳烃量占总量的76.67%。满足土壤洗涤的基本条件,较适宜采用土壤洗涤技术修复该污染土壤。
2.TritonX-100和Tween-80对污染土中5种目标PAHs都有着较大的溶解能力,呈非线性溶解形式。同一浓度下,前者对PAHs的溶解能力强于后者。
3.TritonX-100和Tween-80为洗涤剂时,得到理想洗涤条件除了洗涤时间分别为30和60 min外,其它理想洗涤条件均相同。分别是搅拌强度250 r/min、液固比10:1、表面活性剂浓度5 g/L、室温和连续搅拌。其中,前四种对土中PAHs的洗脱起到显著影响,而后两种却几乎未见影响。因此,在洗涤工程中应严格控制显著影响条件,因为这直接关系到最终污染土壤的修复效果。在理想洗涤条件下,两种表面活性剂对PAHs的R值大于90%。采用土壤洗涤技术修复PAHs污染土壤可以达到一定的修复标准,是合理可行的。
4.TritonX-100和Tween-80为洗涤剂时,5种目标PAHs分别在30和60 min就几乎达到了解吸动态平衡状态。动力学曲线形式符合Elovich方程。结合R值考虑,30和60 min被认为是TritonX-100和Tween-80为洗涤剂时的最佳洗涤时间。
5.TritonX-100和Tween-80在土壤表面的吸附呈非线性,均较好地满足Freundlich形式。吸附损失率:Tween-80>TritonX-100。浓度为5 g/L时,TritonX-100和Tween-80的吸附损失率分别为27.88%和47.83%。TritonX-100为洗涤剂时,MSR和SP均在浓度为5 g/L时出现最大值。这意味着虽然R随着浓度增加一直增大,但是却存在一个洗涤有效的转折点。Tween-80为洗涤剂时,SP变化趋势同TritonX-100相似,在浓度为5 g/L时出现了最大值。而MSR的最大值出现在3 g/L时,之后随着浓度增加MSR持续下降。在3 g/L时,Tween-80的去除率仅为38%,很明显不是理想的浓度值。因此,可认为5 g/L是最佳浓度值。建议是SP可能是一个更好的指标与R一起确定最佳值。
6.液固比对土壤洗涤有效性有一定的影响。随液固比增大,TritonX-100和Tween-80的Vs明显降低,SP呈现最大峰值后又减小。结合R、Vs和SP,TritonX-100比Tween-80更适合用作洗涤剂。液固比10:1是较为合理的液固比。SP是一个有效的指标用于土壤洗涤中液固比的选择。
7.各个最佳洗涤条件下的R值基本稳定(对于TritonX-100和Tween-80,分别平均为79%和83%),不随初始PAHs浓度的变化而变化,这意味着PAHs在残余相和可溶相中分配恒定。残余的PAHs可能以硬壳形式存在土壤表面、被土壤包裹或者被吸附。各个最佳洗涤条件下的SP与初始PAHs浓度呈线性相关。
8.在中试乃至实际工程中,采用R、Vs以及SP等指标综合分析土壤洗涤的效果可对最佳洗涤条件的获得起到支持作用。