焦化廠(chǎng)多環(huán)芳烴污染土壤修復(fù)技術(shù)

摘 要

摘要：針對(duì)焦化廠(chǎng)土壤多環(huán)芳烴污染問(wèn)題，綜述了生物修復(fù)、物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)3種土壤修復(fù)技術(shù)的適用范圍及特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：焦化廠(chǎng)；土壤污染；多環(huán)芳烴；土壤修復(fù)Remediation Technology
摘要：針對(duì)焦化廠(chǎng)土壤多環(huán)芳烴污染問(wèn)題，綜述了生物修復(fù)、物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)3種土壤修復(fù)技術(shù)的適用范圍及特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：焦化廠(chǎng)；土壤污染；多環(huán)芳烴；土壤修復(fù)
Remediation Technology for Soil Contaminated by Polycyclic Aromatic Hydrocarbons at Coking Plant
YE Mao，F(xiàn)U Rong，YANG Guang
Abstract：Aiming at the problem of soil contaminated by polycyclic aromatic：hydrocarbons (PAHs)at coking plant，the application range and characteristics of bioremediation，physical remediation and chemical remediation are reviewed.
Key words：coking plant；soil contamination；polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs)；soil remediation
   多環(huán)芳烴(PAHs)是一類(lèi)廣泛分布并穩(wěn)定存在于自然環(huán)境中的含兩個(gè)或兩個(gè)以上苯環(huán)有毒有機(jī)污染物，由于其具有“三致(致癌、致畸、致突變)”效應(yīng)[1]，美國(guó)環(huán)保局在20世紀(jì)80年代初就把16種PAHs列為環(huán)境中優(yōu)先監(jiān)測(cè)污染物，我國(guó)也把PAHs列入環(huán)境優(yōu)先檢測(cè)的污染物名單中[2]。
   焦化廠(chǎng)在煉焦的過(guò)程中會(huì)生產(chǎn)大量的PAHs，而致癌性較強(qiáng)的苯并[a]芘所占比例較高[3]，對(duì)人類(lèi)健康和生態(tài)環(huán)境具有很大的潛在危害。伴隨著天然氣逐步取代焦?fàn)t煤氣，一些焦化廠(chǎng)搬遷，而搬遷后遺留的污染問(wèn)題尤為嚴(yán)重。筆者對(duì)沈陽(yáng)市某棄用焦化廠(chǎng)廠(chǎng)區(qū)外(距圍墻50m范圍內(nèi))土壤的PAHs進(jìn)行檢測(cè)，總質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到68.49×10-6。若該場(chǎng)地未來(lái)作為居住、商業(yè)用地，只有清除或降低PAHs污染風(fēng)險(xiǎn)后才能進(jìn)行建設(shè)使用。因此，對(duì)焦化廠(chǎng)PAHs污染土壤進(jìn)行高效修復(fù)，成為人們普遍關(guān)注的問(wèn)題。目前，關(guān)于PAHs污染土壤的修復(fù)技術(shù)主要集中在3個(gè)方面：生物修復(fù)技術(shù)、物理修復(fù)技術(shù)和化學(xué)修復(fù)技術(shù)[4～5]。本文對(duì)這3種焦化廠(chǎng)PAHs污染土壤修復(fù)技術(shù)進(jìn)行探討。
1 生物修復(fù)技術(shù)
   ① 微生物修復(fù)
   微生物修復(fù)技術(shù)是指利用天然或培養(yǎng)的功能微生物群，在適宜環(huán)境條件下，促進(jìn)或強(qiáng)化微生物代謝功能，從而降低有毒污染物活性的生物修復(fù)技術(shù)。迄今為止人們已經(jīng)篩選獲得了一些對(duì)PAHs具有高效降解能力的微生物，如紅球菌屬、鞘氨醇假單胞菌屬、葉桿菌屬、伯克霍氏菌屬等[3]，將這些菌株在培養(yǎng)12d后，對(duì)苯并[a]芘的去除率達(dá)到15.7%～39.6%。通常不同的微生物對(duì)各種PAHs的降解和敏感程度不同，隨著PAHs苯環(huán)數(shù)的增加，微生物對(duì)其降解能力減弱，許多微生物可以將具有2～4個(gè)苯環(huán)PAHs作為唯一碳源，而對(duì)于具有4個(gè)苯環(huán)以上的PAHs多以共代謝的方式進(jìn)行降解[6]。盧曉霞等人[7]針對(duì)北京某焦化廠(chǎng)污染土壤進(jìn)行試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，添加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與降解菌后，經(jīng)過(guò)5周，PAHs去除率提高了32%。
   ② 植物修復(fù)
   植物修復(fù)技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)主要用于清除環(huán)境中PAHs的綠色修復(fù)技術(shù)。利用植物的特殊功能，并與根際微生物協(xié)同作用對(duì)污染土壤進(jìn)行修復(fù)。植物修復(fù)利用太陽(yáng)能作為驅(qū)動(dòng)力，常規(guī)能源消耗大幅降低，對(duì)環(huán)境破壞極小，可用于大面積土壤的污染治理，易為民眾接受。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了許多植物降解PAHs的研究，有的已進(jìn)行了大規(guī)模野外試驗(yàn)，并達(dá)到了商業(yè)化水平。但目前研究的用于PAHs降解的植物多以農(nóng)作物或牧草類(lèi)為主，如玉米、黑麥草等[8]，易被人、畜誤食，造成一定的危害。
    植物對(duì)PAHs的降解主要包括3種機(jī)制：植物直接吸收污染物；植物釋放分泌物和酶，刺激根際微生物的活性和生物轉(zhuǎn)化作用；植物增強(qiáng)根際的礦化作用。潘聲旺等人[9]通過(guò)種植沿階草對(duì)菲芘污染土壤進(jìn)行修復(fù)，60d菲的去除率為77.6%～96.3%，芘的去除率為65.3%～83.3%。并有研究表明一些花卉類(lèi)植物也具有降解PAHs的功能，如矮牽牛、紫茉莉、鳳仙花等，它們兼有保護(hù)和美化環(huán)境功能，尤其是對(duì)于一些重污染地區(qū)，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/span>
   ③ 植物-微生物聯(lián)合修復(fù)
   植物-微生物聯(lián)合修復(fù)PAHs污染土壤是土壤生物修復(fù)研究的新領(lǐng)域[2]。植物修復(fù)技術(shù)因其具有成本低、無(wú)二次污染和適用于大面積場(chǎng)地修復(fù)等特點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注，可通過(guò)根系分泌物刺激根際特定微生物功能群落數(shù)量的增加以及共代謝作用實(shí)現(xiàn)PAHs的降解。然而對(duì)于PAHs重度污染土壤，土壤中微生物群落易受到毒害，數(shù)量減少，導(dǎo)致植物對(duì)PAHs的去除率降低[10]。因此，可在利用植物進(jìn)行污染土壤修復(fù)的同時(shí)，向土壤中接種功能微生物，增加微生物的數(shù)量，可提高植物修復(fù)效果。其中，專(zhuān)性降解菌對(duì)PAHs具有高效廣譜降解能力，并具有環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。而真菌一方面在改善植物營(yíng)養(yǎng)、提高抗病抗逆能力方面具有顯著作用，另一方面能產(chǎn)生獨(dú)特的酶，降解不能被細(xì)菌單獨(dú)降解的PAHs，在污染土壤修復(fù)中具有特有的優(yōu)勢(shì)。
2 物理修復(fù)技術(shù)
   ① 電動(dòng)修復(fù)
   電動(dòng)修復(fù)技術(shù)是一種新型的污染土壤修復(fù)技術(shù)，在污染土壤的兩側(cè)施加直流電場(chǎng)，使土壤中的污染物在電場(chǎng)的作用下，通過(guò)電遷移、電滲流和電泳方式遷移出土體并進(jìn)行后處理。該技術(shù)適用于低滲透性土壤，設(shè)備安裝和操作方便，成本較低，不破壞原有自然環(huán)境，在進(jìn)行土壤修復(fù)的同時(shí)，可最大限度地保護(hù)原有的生態(tài)環(huán)境。該技術(shù)在用于去除土壤和地下水中重金屬離子方面的研究已經(jīng)比較成熟，周東美等人[11]對(duì)采用電動(dòng)修復(fù)技術(shù)修復(fù)重金屬污染土壤的研究進(jìn)展進(jìn)行了歸納。近年來(lái)，人們已開(kāi)始利用該技術(shù)去除有機(jī)污染物如酚、三氯乙烯等。王燾等人[12]的研究表明，利用電動(dòng)修復(fù)技術(shù)可明顯提高土壤中苯酚去除率，達(dá)到91.2%。張志遠(yuǎn)等人[13]對(duì)北京某焦化廠(chǎng)土壤進(jìn)行了電動(dòng)修復(fù)技術(shù)中試研究，與只采用微生物修復(fù)相比，可大大提高PAHs的去除率。然而電動(dòng)修復(fù)技術(shù)對(duì)于不溶性有機(jī)污染物，需要采取化學(xué)增溶，易造成土壤二次污染。
   ② 熱力學(xué)修復(fù)
   熱力學(xué)修復(fù)技術(shù)是利用導(dǎo)熱、熱輻射等實(shí)現(xiàn)對(duì)污染土壤的修復(fù)?；驹頌椋杭訜徇^(guò)程中，土壤中的有機(jī)污染物會(huì)加速分解和揮發(fā)，通過(guò)氣體抽吸系統(tǒng)將污染氣體從土壤中抽出收集，然后在地上進(jìn)行處理。熱力學(xué)修復(fù)技術(shù)具有污染物處理范圍寬、設(shè)備可移動(dòng)、修復(fù)后土壤可再利用等優(yōu)點(diǎn)。目前，歐美國(guó)家已將此技術(shù)工程化，廣泛應(yīng)用于高污染土壤的修復(fù)[14]。但該項(xiàng)技術(shù)存在設(shè)備價(jià)格昂貴、脫附時(shí)間長(zhǎng)、處理成本較高等問(wèn)題，限制了該技術(shù)在PAHs污染土壤修復(fù)中的應(yīng)用。
3 化學(xué)修復(fù)技術(shù)
   ① 土壤淋洗修復(fù)
   土壤淋洗修復(fù)技術(shù)是修復(fù)污染土壤的一種新方法。淋洗修復(fù)技術(shù)主要采用淋洗劑清洗土壤，使土壤中污染物隨淋洗劑流出，然后對(duì)淋洗劑及土壤進(jìn)行后續(xù)處理，從而實(shí)現(xiàn)污染土壤的修復(fù)。土壤淋洗修復(fù)技術(shù)可分為有機(jī)試劑淋洗、表面活性劑淋洗、環(huán)糊精淋洗和植物油淋洗等。近年來(lái)，以植物油作為淋洗劑的有機(jī)物污染土壤修復(fù)方法的研究開(kāi)始受到關(guān)注。植物油可以去除土壤中PAHs，但由于植物油本身黏性較高，在土壤中流動(dòng)速度較慢，具有一定殘留，對(duì)淋洗修復(fù)的運(yùn)行及效果具有一定的影響。Gong Zongqing等人[15]以固定化脂肪酶、大豆油、甲醇為主要原料制備的生物柴油，對(duì)焦化廠(chǎng)PAHs污染土壤進(jìn)行淋洗修復(fù)取得了較好的效果。
   ② 化學(xué)氧化修復(fù)
   化學(xué)氧化修復(fù)技術(shù)是一種快速而有效的有機(jī)污染物降解方法，具有修復(fù)效率高、時(shí)間短、成本較低、對(duì)污染物類(lèi)型和濃度不敏感等優(yōu)點(diǎn)，可在較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)地的二次開(kāi)發(fā)和安全再利用。近年來(lái)，該技術(shù)在焦化廠(chǎng)搬遷場(chǎng)地PAHs污染土壤修復(fù)領(lǐng)域開(kāi)始應(yīng)用。常用的化學(xué)氧化劑有過(guò)氧化氫、高錳酸鹽、Ti02、Fenton試劑及活化過(guò)硫酸鹽等。趙丹等人[16]以北京某焦化廠(chǎng)長(zhǎng)期污染土壤為對(duì)象，研究了不同化學(xué)氧化劑對(duì)PAHs的去除效果。結(jié)果表明，高錳酸鉀、過(guò)硫酸鈉對(duì)焦化廠(chǎng)PAHs污染土壤有較高的修復(fù)能力，并且在氧化過(guò)程中向周?chē)h(huán)境逸散的污染物較少，是環(huán)境友好的修復(fù)劑。
4 結(jié)語(yǔ)
    現(xiàn)有的各種PAHs污染土壤修復(fù)技術(shù)都有一定的局限性，有各自的適用范圍，在實(shí)際應(yīng)用中通常采用復(fù)合方式進(jìn)行修復(fù)，協(xié)同兩種或兩種以上的修復(fù)方法，形成聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，彌補(bǔ)了單項(xiàng)修復(fù)技術(shù)的局限性，實(shí)現(xiàn)對(duì)存在多種污染物土壤的修復(fù)。無(wú)論采用哪些修復(fù)技術(shù)，旨在得到安全、低成本、環(huán)境友好的綠色修復(fù)技術(shù)，從而去除焦化廠(chǎng)及周邊土壤的PAHs污染，改善土壤質(zhì)量。
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(本文作者：葉茂1 付榕2 楊光1 1.建設(shè)部沈陽(yáng)煤氣熱力研究設(shè)計(jì)院 遼寧沈陽(yáng) 110026；2.大連金海燃?xì)庥邢薰?遼寧大連 116041)