挥发性有机物污染土壤修复技术研究进展

挥发性有机物污染土壤修复技术研究进展

周铁鑫1卓富炯2

关键词：挥发性；有机物；污染；土壤修复

随着我国经济的快速发展，汽车数量急剧上升，加油站和地下储油罐的数量与日俱增。由于输油管道、储油罐渗漏，含油污水排放，落地油等原因，大量油类污染物进入土壤。石油和化工工业对土壤造成的污染，尤其是其中的大量挥发性有机物，破坏了土壤本身的生态系统，对地下水也构成威胁，严重危害人类健康。挥发性有机物作为一类特殊的土壤污染物有不同于其他污染物的污染特性，并因其成分的复杂性和危害性，被列为环境中潜在危险性大、应优先控制的污染物。因此，如何合理、有效地处置、修复挥发性有机污染土壤已成为亟待解决的问题。笔者介绍了土壤中挥发性有机物污染土壤的修复技术，以期为我国今后开展挥发性有机污染土壤的控制与修复工作提供依据。

一、挥发性有机物及其污染土壤的特性

挥发性有机物是指室温下饱和蒸汽压超过70.91Pa或沸点小于260℃的有机物，是石油、化工、制药、印刷、建材、喷涂等行业排放的最常见污染物。挥发性有机物污染土壤有以下特性：

（一）隐蔽性

和其它土壤污染一样，挥发性有机物造成的土壤污染也不像大气与水体污染那样容易为人们所发觉。因为土壤是复杂的三相共存体系，各种有害物质在土壤中，总是与土壤相结合。挥发性有机物在土壤里也存在气、液、固三相的吸附平衡，隐匿于土壤环境。而且，当土壤污染物损害人畜健康时，土壤本身可能还继续保持其一定的生产能力。

（2）挥发性

土壤污染主要是通过植物传递来表现其危害。但和其它大多数土壤污染物不同的是，挥发性有机物具有强挥发性。因而，挥发性有机物不像其它污染物那样，经由植物吸收进入生物链传递，而是在一定的条件下（合适的温度、气压及土层受到扰动等），直接从土壤中解吸附，挥发出来被人体吸入或危害环境。

（3）毒害性

挥发性有机物大多具有毒性，对人体健康的影响主要是刺激眼睛和呼吸道，使人产生头疼、咽痛、乏力及皮肤过敏等症状。其中苯、氯乙烯、多环芳烃以及甲醛等还是可疑致癌物质。有些挥发性有机物在光照条件下发生光化学氧化反应，生成更毒的光氧化产物。部分挥发性有机物对臭氧层有破坏作用，如氯氟碳化物（CFCs）和氯氟烃等。挥发性有机物类物质都直接或间接对人体或环境造成不良影响。

（4）累积性

有学者发现，在挥发性有机物污染土壤中的一些难降解有机物（通常是5、6环化合物），至今仍大量存在于土壤中。由于土壤对化学物质的吸附作用，挥发性有机物将在很长一段时间内缓慢释放。从土壤环境中挥发出的挥发性有机物浓度并不一定很高，但经过长期低剂量释放，也可以在人体中逐日累积，由量变到质变，最终对人体健康造成极大威胁。

（5）多样性

挥发性有机物并非单一的化合物，它由900多种有机物组成，不同地点、不同时间在土壤中所测得的挥发性有机物组分也是不相同的。由于各有机化合物混和共存，它们之间存在的协同及颉颃等作用，使得此类土壤污染变得更加复杂多样。研究表明，在各单一挥发性有机物组分浓度都低于限制浓度时，挥发性有机物的总浓度达到一定值，仍会对人体造成伤害。尤其是多种挥发性有机物混和存在，其危害程度将大大增加。同时，挥发性有机物组成的多样性，也加大了此类污染土壤修复的难度。

二、挥发性有机物污染土壤修复技术研究

土壤修复技术通常可以分为工程修复和生物修复两大类，但由于挥发性有机物的上述污染特性，国外主要采用工程修复技术对挥发性有机物污染土壤进行修复。本文阐述的下列适用于挥发性有机物污染土壤工程修复技术，在具体技术的选用时，不仅需考虑污染物的物理化学特性，同时还需因地制宜，充分考虑各项具体技术的适用条件、投资概算、运行成本及成熟程度等因素。

（一）热解吸技术

热解吸技术是一项新型的非燃烧土壤异位物理修复技术，多用于能够热分解的挥发性有机污染物如石油污染。加热温度范围通常在200～600℃，可以通过红外线辐射、微波和射频等方式产生热量。在国内外一些工程实践中，利用管道输入水蒸气，打井引入地热等方式来加热土壤，污染物变为气态挥发去除，处理效果良好。Aresta等利用热解吸技术和催化氢化技术联合修复多氯联苯污染土壤。研究表明，在足够的时间和适宜的温度下，多氯联苯的处理效率达到99%以上，连续运行12h的修复效率可达100%。美国海军工程服务中心采用热气抽提系统在154℃下修复油类污染土壤，总石油烃浓度由4700mg/kg降至257mg/kg，去除率达95%。

（二）光降解技术

光降解技术是目前研究较为活跃的挥发性有机物处理方法之一，主要有土壤表层直接光解、土壤悬浮液光解、溶剂萃取与光降解联合处理、光催化氧化等。土壤表层的直接光解应用较广泛，适用于处理水溶性低、具强光降解活性的化学物质。李智冬等利用模拟可见光照射土壤样品，分析了土壤中的初始含油量、土壤类型、pH对石油在土壤表面光降解过程的影响。

（三）土壤淋洗技术

土壤淋洗技术主要用于处理化学吸附在土壤微粒孔隙及周围的挥发性有机污染物，既可以原位修复，又可以异位修复。其运行方式有单级淋洗和多级淋洗2种。淋洗液可以是清水，也可以是无机溶液（碱、盐）、有机溶液和螯合剂、表面活性剂、氧化剂及超临界CO2流体。土壤淋洗技术主要通过淋洗液溶解液相、吸附相或气相污染物和利用冲淋水力带走土壤孔隙中或吸附于土壤中的污染物。巩宗强等用植物油淋洗受多环芳烃污染的土壤，去除率达90%以上，残留在土壤中的植物油可在几天内被降解。

近几年来，主要用表面活性剂作为淋洗液来修复受挥发性有机物污染的土壤。有关研究表明，使用多种表面活性剂进行连续的土壤清洗，去除效果往往要优于使用单一表面活性剂。生物表面活性剂由于具有高度特异性、良好的生物降解性和生物适应性而具有广泛的应用前景。这类生物表面活性剂可为微生物提供碳源且更易被生物降解。Grigiskis等研究了生物表面活性剂和化学表面活性剂清洗油污染土壤的效果，发现用生物表面活性剂作淋洗剂时的修复效果是用化学表面活性剂作淋洗剂时的1．5倍。

（四）生物修复技术

生物修复技术是在生物降解的基础上发展起来的一种新型的污染土壤修复技术。它是传统的生物处理方法的发展。生物修复技术不仅能够处理其他技术难以应用的污染场地，而且可以同时处理受污染的土壤和地下水，处理效果好，费用低，对环境影响小，不破坏植物生长所需要的土壤环境，但所需修复时间较长、易受污染物类型限制。一般来说常用的生物修复技术包括微生物修复、植物修复、动物修复三大类。

总结

随着石油和化工工业的发展，土壤挥发性有机污染正在不断扩大。对污染土壤进行处理，使其在较短的时间内实现重复利用，是亟待解决的问题。生物修复技术由于低成本、无污染、高效率的优点而得到较快的发展和广泛的应用。为了能够更经济、有效地修复挥发性有机物污染土壤，需要联合使用多种技术，发挥各自优点，达到最佳的修复效果。目前，我国对挥发性有机污染土壤修复的研究仍处于模拟试验阶段，还未找到一套可用于现场的、修复费用低、效率高、可操作性强的技术和工艺。今后，仍需深入研究挥发性有机污染土壤的修复技术。

参考文献：

[1]周启星.污染土壤修复的技术再造与展望[J].环境污染治理技术与设备，2002，3（8）：36-40.

[2]王晓蓉，郭红岩，林仁漳，etal.污染土壤修复中应关注的几个问题[C]//首届全国农业环境科学学术研讨会.2005.

[3]林先贵，吴宇澄，曾军，等.多环芳烃的真菌漆酶转化及污染土壤修复技术[J].微生物学通报，2017，44（7）：1720-1727.