焦化廠多環(huán)芳烴污染土壤修復技術

摘 要

摘要：針對焦化廠土壤多環(huán)芳烴污染問題，綜述了生物修復、物理修復、化學修復3種土壤修復技術的適用范圍及特點。關鍵詞：焦化廠；土壤污染；多環(huán)芳烴；土壤修復Remediation Technology
摘要：針對焦化廠土壤多環(huán)芳烴污染問題，綜述了生物修復、物理修復、化學修復3種土壤修復技術的適用范圍及特點。
關鍵詞：焦化廠；土壤污染；多環(huán)芳烴；土壤修復
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)是一類廣泛分布并穩(wěn)定存在于自然環(huán)境中的含兩個或兩個以上苯環(huán)有毒有機污染物，由于其具有“三致(致癌、致畸、致突變)”效應[1]，美國環(huán)保局在20世紀80年代初就把16種PAHs列為環(huán)境中優(yōu)先監(jiān)測污染物，我國也把PAHs列入環(huán)境優(yōu)先檢測的污染物名單中[2]。
   焦化廠在煉焦的過程中會生產(chǎn)大量的PAHs，而致癌性較強的苯并[a]芘所占比例較高[3]，對人類健康和生態(tài)環(huán)境具有很大的潛在危害。伴隨著天然氣逐步取代焦爐煤氣，一些焦化廠搬遷，而搬遷后遺留的污染問題尤為嚴重。筆者對沈陽市某棄用焦化廠廠區(qū)外(距圍墻50m范圍內(nèi))土壤的PAHs進行檢測，總質(zhì)量分數(shù)達到68.49×10-6。若該場地未來作為居住、商業(yè)用地，只有清除或降低PAHs污染風險后才能進行建設使用。因此，對焦化廠PAHs污染土壤進行高效修復，成為人們普遍關注的問題。目前，關于PAHs污染土壤的修復技術主要集中在3個方面：生物修復技術、物理修復技術和化學修復技術[4～5]。本文對這3種焦化廠PAHs污染土壤修復技術進行探討。
1 生物修復技術
   ① 微生物修復
   微生物修復技術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，促進或強化微生物代謝功能，從而降低有毒污染物活性的生物修復技術。迄今為止人們已經(jīng)篩選獲得了一些對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，對苯并[a]芘的去除率達到15.7%～39.6%。通常不同的微生物對各種PAHs的降解和敏感程度不同，隨著PAHs苯環(huán)數(shù)的增加，微生物對其降解能力減弱，許多微生物可以將具有2～4個苯環(huán)PAHs作為唯一碳源，而對于具有4個苯環(huán)以上的PAHs多以共代謝的方式進行降解[6]。盧曉霞等人[7]針對北京某焦化廠污染土壤進行試驗研究發(fā)現(xiàn)，添加營養(yǎng)物質(zhì)與降解菌后，經(jīng)過5周，PAHs去除率提高了32%。
   ② 植物修復
   植物修復技術是近年來發(fā)展起來的一項主要用于清除環(huán)境中PAHs的綠色修復技術。利用植物的特殊功能，并與根際微生物協(xié)同作用對污染土壤進行修復。植物修復利用太陽能作為驅(qū)動力，常規(guī)能源消耗大幅降低，對環(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，國內(nèi)外進行了許多植物降解PAHs的研究，有的已進行了大規(guī)模野外試驗，并達到了商業(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PAHs的降解主要包括3種機制：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；植物增強根際的礦化作用。潘聲旺等人[9]通過種植沿階草對菲芘污染土壤進行修復，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，它們兼有保護和美化環(huán)境功能，尤其是對于一些重污染地區(qū)，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/span>
   ③ 植物-微生物聯(lián)合修復
   植物-微生物聯(lián)合修復PAHs污染土壤是土壤生物修復研究的新領域[2]。植物修復技術因其具有成本低、無二次污染和適用于大面積場地修復等特點而受到廣泛關注，可通過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現(xiàn)PAHs的降解。然而對于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，導致植物對PAHs的去除率降低[10]。因此，可在利用植物進行污染土壤修復的同時，向土壤中接種功能微生物，增加微生物的數(shù)量，可提高植物修復效果。其中，專性降解菌對PAHs具有高效廣譜降解能力，并具有環(huán)境友好等優(yōu)點。而真菌一方面在改善植物營養(yǎng)、提高抗病抗逆能力方面具有顯著作用，另一方面能產(chǎn)生獨特的酶，降解不能被細菌單獨降解的PAHs，在污染土壤修復中具有特有的優(yōu)勢。
2 物理修復技術
   ① 電動修復
   電動修復技術是一種新型的污染土壤修復技術，在污染土壤的兩側施加直流電場，使土壤中的污染物在電場的作用下，通過電遷移、電滲流和電泳方式遷移出土體并進行后處理。該技術適用于低滲透性土壤，設備安裝和操作方便，成本較低，不破壞原有自然環(huán)境，在進行土壤修復的同時，可最大限度地保護原有的生態(tài)環(huán)境。該技術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]對采用電動修復技術修復重金屬污染土壤的研究進展進行了歸納。近年來，人們已開始利用該技術去除有機污染物如酚、三氯乙烯等。王燾等人[12]的研究表明，利用電動修復技術可明顯提高土壤中苯酚去除率，達到91.2%。張志遠等人[13]對北京某焦化廠土壤進行了電動修復技術中試研究，與只采用微生物修復相比，可大大提高PAHs的去除率。然而電動修復技術對于不溶性有機污染物，需要采取化學增溶，易造成土壤二次污染。
   ② 熱力學修復
   熱力學修復技術是利用導熱、熱輻射等實現(xiàn)對污染土壤的修復?；驹頌椋杭訜徇^程中，土壤中的有機污染物會加速分解和揮發(fā)，通過氣體抽吸系統(tǒng)將污染氣體從土壤中抽出收集，然后在地上進行處理。熱力學修復技術具有污染物處理范圍寬、設備可移動、修復后土壤可再利用等優(yōu)點。目前，歐美國家已將此技術工程化，廣泛應用于高污染土壤的修復[14]。但該項技術存在設備價格昂貴、脫附時間長、處理成本較高等問題，限制了該技術在PAHs污染土壤修復中的應用。
3 化學修復技術
   ① 土壤淋洗修復
   土壤淋洗修復技術是修復污染土壤的一種新方法。淋洗修復技術主要采用淋洗劑清洗土壤，使土壤中污染物隨淋洗劑流出，然后對淋洗劑及土壤進行后續(xù)處理，從而實現(xiàn)污染土壤的修復。土壤淋洗修復技術可分為有機試劑淋洗、表面活性劑淋洗、環(huán)糊精淋洗和植物油淋洗等。近年來，以植物油作為淋洗劑的有機物污染土壤修復方法的研究開始受到關注。植物油可以去除土壤中PAHs，但由于植物油本身黏性較高，在土壤中流動速度較慢，具有一定殘留，對淋洗修復的運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，對焦化廠PAHs污染土壤進行淋洗修復取得了較好的效果。
   ② 化學氧化修復
   化學氧化修復技術是一種快速而有效的有機污染物降解方法，具有修復效率高、時間短、成本較低、對污染物類型和濃度不敏感等優(yōu)點，可在較短的時間內(nèi)實現(xiàn)場地的二次開發(fā)和安全再利用。近年來，該技術在焦化廠搬遷場地PAHs污染土壤修復領域開始應用。常用的化學氧化劑有過氧化氫、高錳酸鹽、Ti02、Fenton試劑及活化過硫酸鹽等。趙丹等人[16]以北京某焦化廠長期污染土壤為對象，研究了不同化學氧化劑對PAHs的去除效果。結果表明，高錳酸鉀、過硫酸鈉對焦化廠PAHs污染土壤有較高的修復能力，并且在氧化過程中向周圍環(huán)境逸散的污染物較少，是環(huán)境友好的修復劑。
4 結語
    現(xiàn)有的各種PAHs污染土壤修復技術都有一定的局限性，有各自的適用范圍，在實際應用中通常采用復合方式進行修復，協(xié)同兩種或兩種以上的修復方法，形成聯(lián)合修復技術，彌補了單項修復技術的局限性，實現(xiàn)對存在多種污染物土壤的修復。無論采用哪些修復技術，旨在得到安全、低成本、環(huán)境友好的綠色修復技術，從而去除焦化廠及周邊土壤的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.建設部沈陽煤氣熱力研究設計院 遼寧沈陽 110026；2.大連金海燃氣有限公司 遼寧大連 116041)