焦化厂多环芳烃污染土壤修复技术_技术研究

摘要

摘要：针对焦化厂土壤多环芳烃污染问题，综述了生物修复、物理修复、化学修复3种土壤修复技术的适用范围及特点。关键词：焦化厂；土壤污染；多环芳烃；土壤修复Remediation Technology

摘要：针对焦化厂土壤多环芳烃污染问题，综述了生物修复、物理修复、化学修复3种土壤修复技术的适用范围及特点。

关键词：焦化厂；土壤污染；多环芳烃；土壤修复

Remediation Technology for Soil Contaminated by Polycyclic Aromatic Hydrocarbons at Coking Plant

YE Mao，FU 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

多环芳烃(PAHs)是一类广泛分布并稳定存在于自然环境中的含两个或两个以上苯环有毒有机污染物，由于其具有“三致(致癌、致畸、致突变)”效应^[1]，美国环保局在20世纪80年代初就把16种PAHs列为环境中优先监测污染物，我国也把PAHs列入环境优先检测的污染物名单中^[2]。

焦化厂在炼焦的过程中会生产大量的PAHs，而致癌性较强的苯并[a]芘所占比例较高^[3]，对人类健康和生态环境具有很大的潜在危害。伴随着天然气逐步取代焦炉煤气，一些焦化厂搬迁，而搬迁后遗留的污染问题尤为严重。笔者对沈阳市某弃用焦化厂厂区外(距围墙50m范围内)土壤的PAHs进行检测，总质量分数达到68.49×10^-6。若该场地未来作为居住、商业用地，只有清除或降低PAHs污染风险后才能进行建设使用。因此，对焦化厂PAHs污染土壤进行高效修复，成为人们普遍关注的问题。目前，关于PAHs污染土壤的修复技术主要集中在3个方面：生物修复技术、物理修复技术和化学修复技术^[4～5]。本文对这3种焦化厂PAHs污染土壤修复技术进行探讨。

1 生物修复技术

① 微生物修复

微生物修复技术是指利用天然或培养的功能微生物群，在适宜环境条件下，促进或强化微生物代谢功能，从而降低有毒污染物活性的生物修复技术。迄今为止人们已经筛选获得了一些对PAHs具有高效降解能力的微生物，如红球菌属、鞘氨醇假单胞菌属、叶杆菌属、伯克霍氏菌属等^[3]，将这些菌株在培养12d后，对苯并[a]芘的去除率达到15.7%～39.6%。通常不同的微生物对各种PAHs的降解和敏感程度不同，随着PAHs苯环数的增加，微生物对其降解能力减弱，许多微生物可以将具有2～4个苯环PAHs作为唯一碳源，而对于具有4个苯环以上的PAHs多以共代谢的方式进行降解^[6]。卢晓霞等人^[7]针对北京某焦化厂污染土壤进行试验研究发现，添加营养物质与降解菌后，经过5周，PAHs去除率提高了32%。

② 植物修复

植物修复技术是近年来发展起来的一项主要用于清除环境中PAHs的绿色修复技术。利用植物的特殊功能，并与根际微生物协同作用对污染土壤进行修复。植物修复利用太阳能作为驱动力，常规能源消耗大幅降低，对环境破坏极小，可用于大面积土壤的污染治理，易为民众接受。近年来，国内外进行了许多植物降解PAHs的研究，有的已进行了大规模野外试验，并达到了商业化水平。但目前研究的用于PAHs降解的植物多以农作物或牧草类为主，如玉米、黑麦草等^[8]，易被人、畜误食，造成一定的危害。

植物对PAHs的降解主要包括3种机制：植物直接吸收污染物；植物释放分泌物和酶，刺激根际微生物的活性和生物转化作用；植物增强根际的矿化作用。潘声旺等人^[9]通过种植沿阶草对菲芘污染土壤进行修复，60d菲的去除率为77.6%～96.3%，芘的去除率为65.3%～83.3%。并有研究表明一些花卉类植物也具有降解PAHs的功能，如矮牵牛、紫茉莉、凤仙花等，它们兼有保护和美化环境功能，尤其是对于一些重污染地区，发展潜力巨大。

③ 植物-微生物联合修复

植物-微生物联合修复PAHs污染土壤是土壤生物修复研究的新领域^[2]。植物修复技术因其具有成本低、无二次污染和适用于大面积场地修复等特点而受到广泛关注，可通过根系分泌物刺激根际特定微生物功能群落数量的增加以及共代谢作用实现PAHs的降解。然而对于PAHs重度污染土壤，土壤中微生物群落易受到毒害，数量减少，导致植物对PAHs的去除率降低^[10]。因此，可在利用植物进行污染土壤修复的同时，向土壤中接种功能微生物，增加微生物的数量，可提高植物修复效果。其中，专性降解菌对PAHs具有高效广谱降解能力，并具有环境友好等优点。而真菌一方面在改善植物营养、提高抗病抗逆能力方面具有显著作用，另一方面能产生独特的酶，降解不能被细菌单独降解的PAHs，在污染土壤修复中具有特有的优势。

2 物理修复技术

① 电动修复

电动修复技术是一种新型的污染土壤修复技术，在污染土壤的两侧施加直流电场，使土壤中的污染物在电场的作用下，通过电迁移、电渗流和电泳方式迁移出土体并进行后处理。该技术适用于低渗透性土壤，设备安装和操作方便，成本较低，不破坏原有自然环境，在进行土壤修复的同时，可最大限度地保护原有的生态环境。该技术在用于去除土壤和地下水中重金属离子方面的研究已经比较成熟，周东美等人^[11]对采用电动修复技术修复重金属污染土壤的研究进展进行了归纳。近年来，人们已开始利用该技术去除有机污染物如酚、三氯乙烯等。王焘等人^[12]的研究表明，利用电动修复技术可明显提高土壤中苯酚去除率，达到91.2%。张志远等人^[13]对北京某焦化厂土壤进行了电动修复技术中试研究，与只采用微生物修复相比，可大大提高PAHs的去除率。然而电动修复技术对于不溶性有机污染物，需要采取化学增溶，易造成土壤二次污染。

② 热力学修复

热力学修复技术是利用导热、热辐射等实现对污染土壤的修复。基本原理为：加热过程中，土壤中的有机污染物会加速分解和挥发，通过气体抽吸系统将污染气体从土壤中抽出收集，然后在地上进行处理。热力学修复技术具有污染物处理范围宽、设备可移动、修复后土壤可再利用等优点。目前，欧美国家已将此技术工程化，广泛应用于高污染土壤的修复^[14]。但该项技术存在设备价格昂贵、脱附时间长、处理成本较高等问题，限制了该技术在PAHs污染土壤修复中的应用。

3 化学修复技术

① 土壤淋洗修复

土壤淋洗修复技术是修复污染土壤的一种新方法。淋洗修复技术主要采用淋洗剂清洗土壤，使土壤中污染物随淋洗剂流出，然后对淋洗剂及土壤进行后续处理，从而实现污染土壤的修复。土壤淋洗修复技术可分为有机试剂淋洗、表面活性剂淋洗、环糊精淋洗和植物油淋洗等。近年来，以植物油作为淋洗剂的有机物污染土壤修复方法的研究开始受到关注。植物油可以去除土壤中PAHs，但由于植物油本身黏性较高，在土壤中流动速度较慢，具有一定残留，对淋洗修复的运行及效果具有一定的影响。Gong Zongqing等人^[15]以固定化脂肪酶、大豆油、甲醇为主要原料制备的生物柴油，对焦化厂PAHs污染土壤进行淋洗修复取得了较好的效果。

② 化学氧化修复

化学氧化修复技术是一种快速而有效的有机污染物降解方法，具有修复效率高、时间短、成本较低、对污染物类型和浓度不敏感等优点，可在较短的时间内实现场地的二次开发和安全再利用。近年来，该技术在焦化厂搬迁场地PAHs污染土壤修复领域开始应用。常用的化学氧化剂有过氧化氢、高锰酸盐、Ti0₂、Fenton试剂及活化过硫酸盐等。赵丹等人^[16]以北京某焦化厂长期污染土壤为对象，研究了不同化学氧化剂对PAHs的去除效果。结果表明，高锰酸钾、过硫酸钠对焦化厂PAHs污染土壤有较高的修复能力，并且在氧化过程中向周围环境逸散的污染物较少，是环境友好的修复剂。

4 结语

现有的各种PAHs污染土壤修复技术都有一定的局限性，有各自的适用范围，在实际应用中通常采用复合方式进行修复，协同两种或两种以上的修复方法，形成联合修复技术，弥补了单项修复技术的局限性，实现对存在多种污染物土壤的修复。无论采用哪些修复技术，旨在得到安全、低成本、环境友好的绿色修复技术，从而去除焦化厂及周边土壤的PAHs污染，改善土壤质量。

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(本文作者：叶茂¹ 付榕² 杨光¹ 1.建设部沈阳煤气热力研究设计院辽宁沈阳 110026；2.大连金海燃气有限公司辽宁大连 116041)