石油鉆探、開采及運輸過程中,由于跑、冒、滴、漏或其他原因向周圍土壤環(huán)境釋放大量的石油類污染物,這些污染物進入土壤會改變其理化性質(zhì),使農(nóng)作物及地表植被難以生長,特別是石油中毒性較大的芳香烴類物質(zhì)能夠在農(nóng)作物中大量累積,并通過食物鏈對人類的健康構成巨大威脅。為了消除土壤中石油類污染物的潛在危害,近年來開發(fā)了土壤蒸汽抽提、異位化學淋洗和生物修復等,多種修復石油類污染土壤的物理、化學及生物方法。這些方法都有各自的適用范圍和局限性,相比較而言,異位化學淋洗由于具有能耗低、設備投資小、工藝簡單、適用范圍廣、速度快和易于實現(xiàn)廢棄物減量化等諸多優(yōu)點,20世紀80年代以來,在歐美和日本等發(fā)達國家得到了廣泛的研究,并已在有機物、重金屬和放射性污染土壤修復中得到應用。然而,由于石油類污染土壤自身的復雜性,目前異位化學淋洗修復石油類污染土壤的研究還多處于實驗室階段,有關現(xiàn)場應用的報道還很少見,許多關鍵技術問題還沒得到很好的研究。本文總結了近年來異位化學淋洗修復石油類污染土壤的研究進展,并對其研究前景進行了展望。
1、異位化學淋洗技術特性
異位化學淋洗是將挖掘出來的污染土壤與淋洗液混合,投加到淋洗反應器中,并控制在一定條件下,通過攪拌等外力的輔助,使污染土壤和淋洗液發(fā)生作用,待土壤中的大部分污染物轉移至液相后,將洗過的土壤分離出來,回填或作深度處理,富集了污染物的淋洗廢液經(jīng)過處理后排放或回用。
異位化學淋洗修復污染土壤時,通常要先進行粒度分級再分別加以處理。污染物的種類不同,在不同粒徑土壤上的吸附量和吸附強度也不相同,大部分污染物強烈吸附于粘土和粉砂等細小土壤顆粒上,而此類土壤顆粒又通常只占很小的一部分,且這部分土壤顆粒又易于粘附到砂和礫石等粗土壤顆粒上。因此,粒度分級的首要目標就是將污染土壤中的細小顆粒分離開來,以利于對其進行深度化學淋洗,剩余大部分土壤則可通過簡單淋洗后回填或異地處置。
2、異位化學淋洗作用機理
異位化學淋洗的淋洗液一般為水或水加淋洗試劑構成。對于水溶性較差的石油類污染物,水洗的效果很不理想,往往需要加入淋洗劑來提高污染物的洗出率。在諸多的淋洗試劑中,研究最多、使用最廣泛的是表面活性劑,此外堿和碳酰胺等淋洗劑也有一些研究和應用的成功范例。異位化學淋洗還常常借助外力作用來提高土壤中污染物的去除效率,最常用的外力是攪拌,它可以使土壤顆粒之間相互摩擦,從而增加污染物的洗出率。然而,有時攪拌的效率很低,近年來又發(fā)展了一些更為高效的外力作用手段,其中超聲淋洗因其具有效果好、能耗低等優(yōu)點而受到國內(nèi)外的普遍關注。
3、位化學淋洗技術展望
1)選配經(jīng)濟高效的淋洗試劑是異位化學淋洗修復石油類污染土壤的技術關鍵,目前大部分研究工作也都是圍繞這方面展開的。表面活性劑是最受關注的淋洗試劑,但對于較難修復的石油類污染土壤,僅采用單一的表面活性劑很難獲得理想的效果。采用陰一非離子表面活性劑復配并加入助劑有望獲得更高效的多元復配淋洗劑,但表面活性劑和助劑復配體系中不同性質(zhì)的試劑如何相互作用以及它們之間協(xié)同作用機理還有待深入研究。
2)表面活性劑作為淋洗試劑修復石油類污染土壤時,有時會出現(xiàn)吸附和沉淀現(xiàn)象,從而導致因表面活性劑大量損失而嚴重影響污染物的有效溶出。同時,表面活性劑在土壤上的吸附還有可能造成土壤的二次污染。若要有效解決這些問題,首先要對表面活性劑在土-水界面及土壤和水環(huán)境中的行為特性進行深入系統(tǒng)的研究,并在此基礎上尋求解決問題的方法和措施。
3)異位化學淋洗過程中,大部分石油類污染物從土壤轉移到液相淋洗液中,造成大量淋洗廢液的產(chǎn)生,如何實現(xiàn)這部分淋洗廢液的最終無害化處理及回用是異位淋洗工藝能否清潔無害、經(jīng)濟高效運行的關鍵,但是這方面的研究還相對較少,許多關鍵技術問題還沒有得到很好解決。
4)對于較難修復的稠油和瀝青砂污染土壤,除了選配高效淋洗劑有效溶出污染物外,采用超聲化學淋洗技術提高污染物的洗出率也是很有潛力的增溶方法。但是,作為一個新領域,目前這方面的研究還處于起步階段,超聲化學淋洗的作用機理、參數(shù)(超聲頻率、功率和時間)優(yōu)化、以及超聲與淋洗試劑的協(xié)同作用機制還有待研究和重點攻關。
5)目前異位化學淋洗修復石油類污染土壤的工程應用還遠遠落后于實驗室研究,要實現(xiàn)其廣泛的工程應用,還有一系列的技術問題需要解決。但是,隨著相關研究的逐步深入,異位化學淋洗技術修復石油類污染土壤一定會向著實用化的方向快速發(fā)展