（化学工程专业论文）有机污染土壤的生物降解及土壤气相抽提（sve）研究.pdf

天津大掌硕士学位论文 摘要 中文摘要 土壤气相抽提( s v e ) 是挥发性裔机物污染土壤的种新兴原位修复技术， 在量掺已有缀多成功疲塌豹例子。有机污染物在壤嬲楣( 圆鞠、水糖、气稳及 n a p l 相) 中的传质影响s v e 技术的成用。本文研究了有机物在土壤中的吸附、 生物降鳃和气滚( n a p l ) 传质过程。另外，髑a i r f l o w s v e 软件模拟了s v e 修复污染土壤。 本文首先研究苯秘甲苯在土壤中的平衡吸附时间、吸驸等澡线及吸附动力辫 模型。苯和甲笨的平衡吸附时间为1 2 小时，吸附等温线均符合h e n r y 模型。甲苯 的吸默系数犬于苯的吸附系数，表明有机物的有机碳分配系数是影响吸附系数的 重要函素。另外，壤的有机碳含量识影响有机物在土壤中的吸附系数。有瓿街 在土壤中的吸附过程伴随着吸附于土壤颗粒中的有机物的解吸过程，表明吸附动 力学为可遵过程。 研究了苯在水相中的生物降解。缡果表明，经过培养、驯化的苯降解菌具肖 很强的降解效率，1 2 小时后的降解率犬于8 0 。m o n o d 方程可疆描述黧扬海解静 动力学，生物降解速率常数与温度的关系可以用阿累尼鸟斯( a r r h e m u s ) 定律描 述。 建立了士桂s v e 实验装鬣，研究了不同禽水量条件下( o 、2 1 9 、3 6 6 帮5 1 2 器) ，食宥n a p l 苯静逶菇实验，黻及含零量尧5 1 蕊条 串下，正己烷的逶璇 实验。在土柱s v e 实验中，笨和正己烷均有较明显的擒尾现象。土壤含水量影响 气一漱娩簿传凌，在于溱静圭壤孛，稳平衡模熬胃菇撼述s v e 懿修复过程，醚薅 土壤含水量的增加，修复进程已严重偏离相平衡模型，此时可用非平衡动力学模 鍪来撰述。 用a i r f l o w s v e 软件模拟现场s v e 的修复过程。模拟土壤中气相的速度流 凌、瓢力分奄、骞援污染兹戆气裙滚凌等浓线及残器程主壤枣豹骞壤携与修复辩 间的芙系。有机物的蚀质( 挥发性) 、覆盖层半径及温度是影响s v e 的修复过程 豹主簧因素。夔羞有税兹挥发经壤热、覆盖层豢经增嘉# 釉滠度羚舞毫，s v e 掺笺 污染土壤的效率也随之增加。 关键谓；污染壤，土壤气桷抽提，吸附、巍物降解、传质、a i r f l 0 聊s v 嚣 天津大学硕士学位论文 a b s t r a c t s o i l v a p o re x t r a c t i o n ( s v e ) i s an e wi n - s i t ur e m e d i a t i o n t e c h n o l o g y f o r u n s a t u r a t e ds o i l sc o n t a m i n a t e db yv o l a t i l e o r g a n i cc o m p o u n d s ( v o c 曲t h e r ea r e m a n y c a s e so f a p p l y i n gs s u c c e s s f u l l yi ni n d u s t r i a l i z e dc o u n t r i e s m a s st r a n s f e r b e t w e e nf o u rp h a s e s ( s o i l ，w a t e r , g a sa n dn a p l ) a f f e c t s a p p l y i n g o fs i n c o n t a m i n a t e ds o i l s i nt l i i sp a p e r , t h ea b s o r p t i o nb e t w e e no r g a n i s ma n ds o i l ， b i o d e g r a d a t i o na n dm a s st r a n s f e rb e t w e e ng a sa n dn a p l w e r es t u d i e d i na d d i t i o n ， a i r f l o w s v ew a su s e dt os i m u l a t es v ei ns o i lr e m e d i a t i o n t h ea d s o r p t i o ni s o t h e r me x p e r i m e n t so fb e n z e n ea n dt o l u e n ei ns a n ds o i lw e r e s t u d i e da n dr e s u l t si n d i c a t e dt h a ta d s o r p t i o ne q u i l i b r i u mt i m eo fb e n z e n ea n dt o l u e n e i s1 2h o u r s h e n r y sm o d e lc a nf i tt h et y p eo fw a t e r - s o l i da d s o r p t i o nw e l l o r g a n i c c a r b o n p a r t i t i o n i n g c o e m c i e n ta n ds o i l o r g a n i c c o n s t a n ta r e i m p o r t a n tf a c t o r s a f f e c t i n ga d s o r p t i o ne q u i l i b r i u mc o n s t a n t r e v e r s i b l ek i n e t i ca d s o r p t i o n sh a v eb e e n s h o w e df r o mt h ee x p e r i m e n t so f a d s o r p t i o np r o c e s si nt h es a l n es y s t e m s n 把b i o d e g m d a t i o ne x p e r i m e n t so fb e n z e n ei na q u e o u sp h a s ei n d i c a t e dt h a tt h e d o m e s t i c a t e df u n g ic a nd e g r a d eb e n z e n ee f f e c t i v e l ya n d1 2h o u r sl a t e r , m o r et h a n8 0 p e rc e n t h a db e e nd e g r a d e d m o n o d sm o d e lc a na c c o u n tf o rk i n e t i cm o d e lo f b i o d e g r a d a t i o n a n dt h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e nb i o d e g r a d a t i o nr a t ec o n s t a n ta n d t e m p e r a t u r ec a nb er e p r e s e n t e db y a r r h e n i u s sl a w c o l u m n v e n t i n ge x p e r i m e r i t so f b e n z e n e a td i f i e r e n tw a t e rs a t u r a t i o n ( o ，2 1 9 ， 3 6 6 ，5 1 2 ) a n db e x a n ea t5 1 2 w a t e rs a t u r a t i o nw e r es t u d i e dt oi n v e s t i g a t et h e t r a n s p o r tr e l a t i o n si ns a n ds o i l sw h e r en o n - a q u e o u sp h a s el i q u i d sw e r ep r e s e n t t h e s e r i o u s l yt a i l i n gp h e n o m e n aw e r e f o a n di nc o l u m nv e n t h a g e x p e r i m e n t s 1 1 1 e e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e d t h a tw a t e rc o n t e n ti ns a n ds o i l sa f f e c t e dn a p l - g a sm a s s t r a i l s f e r i n m r - d r ys o i l s t h el o c a le q u i l i b r i u mm o d e lp r e d i c t e dt h ee m u e n tg a s c o n c e n t r a t i o nf a i r l yw e l l w 油i n c r e a s i n go fw a t e rc o n t e n t m a s st r a n s f e rs e r i o u s l y d e v i a t e df r o ml o c a le q u i l i b r i u mm o d e la n dn o n e q u i l i b r i u mk i n e t i cm o d e lc a n p r e d i c t t h ee f f l u e n tg a sc o n c e n t r a t i o n a i r f l o w 偈v ew a su s e dt os i m u l a t es v ei ns o i lr e m e d i a t i o n g a sv e l o c i t y , p r e s s u r ec o n t o u r sa n dv a p o rc o n c e n t r a t i o nc o n t o u r so fo r g a n i s mi ns a n ds o i l sw e r e s i m u l a t e db va i r f l o w s v ea n dr e m o v a lr a t e so fc o n t a m i n a n t sw e r es i m u l a t e dt o o o r g a n i cp a r a m e t e r s t h er a d i u so fe n v e l o p ea n dt e m p e r a t u r ea f f e c t e da p p l y i n go fs v e a n dw i t h i n c r e a s i n g o fo r g a n i c v o l a t i l i t y , e n v e l o p e r a d i u sa n dt e m p e r a t u r e ，t h e e m c i e n c y o fs v ea d v a n c e d o b v i o u s l y k e y w o r d s ：c o n t a m i n a t e ds o i l ，s o i lv a p o re x t r a c t i o n ( s v e ) ，a d s o r p t i o n ，b i o d e g r a d a t i o n ， m a s st r a n s f e r , a i r f l o w s v e 独创性声明 本入声爨掰鹜交靛学位论文燕本人在簿师指导下遴霉予麴磅窥王作糖取褥懿 研究成莱，陵了文中特掰加黻标注帮致谢乏处矫，论文巾不包含其德入融经发表 或摸霉过的研究袋莱，也不雹禽淹获褥鑫鎏塞茎或其德教育机梅瓣学位或证 书而使糟过的榜辩。与我一霜工作酶同志辩零研究所傲粒任霈贡献擒鑫农圣惫交中 终了鞠确静浚睽势表承了谢意。 学位论文律者签褒：签字嚣期；每莠习 学位论文舨权使用授权书 本学往论文终者毙全了解基壅基茎京关绦留、键翔攀谴论文瓣蕊定。 特授校基连盘篷可以将学靛论文的全部或部分内容编入有关数据瘁进行检 索，势采用影帮、缩印或扫獾等复制手段探存、汇编以供蠢蕊和借阕。阏意学校 向国家脊关部门或瓶构送交论文酌复印俾和磁盘。 ( 保密靛攀像论文在群密嚣适臻本授较说鞠) 、 学往论文作者篓名：譬师签名： 签字强麓；年月爨熬掌嚣麓；年秀毯 天津大学预士学位论文 前言 土壤是环境的重要组成要素，是人类赖以生存的物质基础。随着全球工业化 豹进程，壤浮染越来越严重。壤污染妨主要来自工炊、农业、交通运输和生 活，污染物主甍分为三大类：有机污染物、重焱属污染物和放射性污染物，其中 有机物污染已经超过重金属污染窥放射性污染甭跃居首位。 土壤有机物污染中鼹严重的是石油类污染物。据统计，全球每年生产的石油 及其产龋中，裔7 以上进入土壤。至9 0 年代中期，美蹦有1 3 的地下储油罐被 确认存在不同程度的渗漏。这魏石油类污染物进入土壤系统后。一部分啜附于土 壤颗粒表面，一部分在土壤中扩散迁移，造成熨大面积的土壤污染，而另一部分 渗透弼造下水中，对地下水资源构成严燕的威胁。美国、德国等芏韭他豳家有梳 物对土壤的污染已成为一个严爨的问题。我国由于人多地少，土地资源相对较贫 乏，丽垃圾和其它废弃物的堆壤、储油罐的澄瓣及农药化肥的过度使用哥t 致壤 中有机物的污染越发严麓。在我国，有避5 0 的大中城市地下水水质因此而迅速 恶化，我国土壤环境丽嵇着+ 分严竣靛形势。 由于土壤具有过滤、吸附、储存和缓冲等的“自净化”能力，因此人们往往 容荔轻视了土壤污染，期便是笈运匡家也是在遥2 e 年考鬟褪圭壤污染，耱继提出 了土壤修复计划。土壤修复方法有异位( e xs i t u ) 修复和原位( i ns i t u ) 修复之 分，异位修复怒翠辩常用的治瑗方法，它涉爱魏圭和运土，成本较高，藏不宣治 理深度污染及建筑物下面的污染。现在普遍采用原位修复方法。土壤气相抽提( s o i l v a p o re x t r a c d o n , s v e ) 是一静被广泛痊耀豹藤鼗修复方法，它燕利霜箨器魂为促 进土壤中气相的流动而将挥发蚀污染物引至地上处理的原位修复技术。s v e 技术 可淡楚理c 1 8 以下豹石油类有瓿物及许多挥发戆有机农药，若提高操作滏澄，则可 处理的污染物的范围将大大增加。美国德州研究院的早期试验表明，s v e 技术所 需静藏本不鎏l 鬻溪泣主娃毽方法魏1 1 t 0 ，嚣去滔速率簿涟褰了5 语滚上。s v e 技 术是去除不饱和带土壤中挥发性有机物的有效治理方法，被美国环保局列为“革 命往技术”。 生物通风( b i o v e n t i n g ) 是继s v e 后土壤修复的又一“革命性”技术，它实际是 生辏壤强式s v e 技术，该技本终舍了原往气辍 蠡提与暴袋生兹辫解麴黪蠡。大部 分低沸点、易挥发的有机物直接随空气一起抽出，而那些高沸点的重组分主要是 在徽囊携豹终溺下，被勰底矿纯海c o ：翻h 2 0 。因藏，生物避风法楚毽对象豹 范围较传统的s v e 法火，不仅适用于处理小分子石油组分，而飘适用于修复原油 中重缀分对土壤豹污染，另乡 ，该技术还胃班大大降f 氐撼提过程中尾气豹处理成 本。自从1 9 8 8 年底，第一个生物通风技术用于荧国犹他州的空军基地尉，欧美等 天津大学硕士学位论文 发达国家投入了大量的人力、物力来对该技术进行研究。 s v e 技术自8 0 年代开发以来，已广泛应用于挥发性有机物污染土壤中，已有 上千列s v e 技术成功应用的报道。而在我国，s v e 技术的应用和基础研究几乎接 近于空白。本文在文献基础上，研究了s v e 过程中有机污染物在土壤中的迁移转 化，主要研究有机物在土壤中的吸附、生物降解和气一液( n a p l ) 的传质，得出 有机污染物在土壤中的吸附解吸动力学特征、生物降解动力学模型及气一液 ( n a p l ) 传质的动力学模型。用a i r f l o w s v e 软件模拟现场s v e 操作，得出 影响s v e 修复技术的主要因素，对s v e 的现场应用作出一定的预测。 2 天津大学硕士学位论文第一章文献综述 1 1 土壤污染现状 第一章文献综述 土壤是由固体、液体和气体三相共同组成的多相体系，它们的相对含量因时 因地而异。土壤固相是由矿物质和有机质组成，土壤矿物质占土壤的绝大部分。 约占土壤固体总重量的9 0 以上。土壤有机质约占土壤固体总重量的1 一1 0 ， 一般在可耕地土壤中约占5 ，且大部分在土壤表层。土壤液相是指土壤中的水分 及其水溶物。土壤中有无数孔隙充满空气，即土壤气相，典型土壤约有3 5 的体 积是充满空气的孔隙。土壤由各种颗粒组成，尺寸在0 2 2 p m ，颗粒中间是各种尺 寸的孔隙，平均直径为1 0 岫。颗粒表面一般覆盖着有机物质，颗粒周围包裹着一 层水膜。 土壤是环境的重要组成要素，人类的生活和生产活动都离不开土壤，而随着 现代工农业生产的发展，土壤受到越来越严重的污染。土壤污染是由于人类活动 所产生的污染物质，通过各种途径进入土壤，其数量超过了土壤的容纳和同化能 力，使土壤的性质、组成及性状等发生变化，并导致土壤的自然功能失调，土壤 质量恶化，从而影响植物的正常生长和发育，使作物产量和质量下降，甚至影响 人体健康。造成土壤污染的原因主要有过量使用农药和化肥、各类污水污泥及固 体废弃物的不正当处理，由于事故、检修以及不正当操作造成石油类物质大量泄 漏和排放、各类污染物在土壤中的累积等。土壤中的污染物主要有三大类，有机 污染物、重金属污染物以及放射性污染物，其中有机物对土壤的污染日益严重， 成为目前土壤污染最主要的来源。在各类物质中，化学品尤其是有机化学品的发 展最为迅速。目前，全球化学品数量高达8 0 0 万种，并以每年1 0 0 0 种的速度增长， 其中大部分为有机物【”。世界合成化学品1 9 5 0 年产量为7 0 0 万t ，1 9 7 0 年6 0 0 0 万t ，1 9 8 5 年达到2 5 亿t 。据估计，进入环境的化学品有1 0 万余种。 在发达国家，例如美国、西欧和日本等，由于长期的工业活动，导致大面积 土壤和地下水受到不同程度的污染。美国国家环保局估计美国的9 万个地下储油 罐中的3 5 可能泄漏，主要的污染物是石油类有机物、稠环芳烃、氯代烃类和农 药等 2 1 。在发展中国家，由于工业化进程加快，受污染土壤和地下水面积不断增 加。在我国，随着工农业生产的发展和乡村的城市化，土壤污染迅速蔓延，污染 程度也逐渐加深。我国现有l 亿公顷耕地中，近2 0 0 0 万公顷受到不同程度的污染， 由于污染，土壤的营养功能、净化功能、缓冲功能和有机体支持功能正在丧失， 作物的产量和品质也因此受到影响。每年由于土壤污染造成粮食减少2 5 亿公斤口】， 我国农业粮食总减产已超过1 3 1 0 o k g 。有些挥发性有机物( v o c s ) 和半挥发性有 天津大学硕士学位论文第一章文献综述 梳物( s v o c s ) 避入土壤后，使土壤环境质量下降，不仅破坏了土壤本身象态系统， 而且对地下水资源构成威胁，它囊接和间接地危寄人类生存和健廉。据美国联邦水 嗣局调查，美黼现已有1 一3 的遣下承受至l 霸油污染物的侵袭和污染，5 0 个硝 中有几午口公用和私用的水井被迫停用。1 9 9 0 年来，中科院环境化学研究所对我 国意津遮区遣下东有梳耪静研究发蕊，窳津遥蘸缝下承蠢梳秘遮1 3 0 耱，其中蠢 含氯化含物、芳烃、多环芳烃、烷基醚等化合物 4 1 。因此治理丽油污染壤已成 为一瑗遭留貔强务。蕊之我国浮染兹处瑾效率低导致环境污染较累，我鏊受污染 土壤和地下水环境的修复是一项艰巨的任务。 长期鞋来，久嚣j 对宥瓠凌游染土壤黪严重犍获罄 誉够。逮变簧是因为污染耪 在土壤中扩散速度相对较慢，可能长时间内不翁被发觉。同时，土壤具宥过滤、 稷瓣、储存羁缓滓等豹“垂净像”憝秀；污染物送入主壤之惹，逶过舔释鞫扩敬 可以降低其浓度；通过沉淀、吸附、微生物和化学的降解作用转化为无海或毒憔 较枣戆耱震。掰有这塑都哥减夺壤本隽静污染程度，嚣筵霹竣毽瓣必主壤瓣净 化过程。但这种自净能力是存往一定极限的，一旦干扰过大，士壤就可能遭到不 霹逆转熬菠雾，壤生态系统裁会处予魅验之巾。对予菜些土壤含瘩层瘊擞戆预 测表明。即使现在去掉污染源，仅靠土壤的自狰能力要等几十罐甚至上百年才能 缮裂是然净玩辫。 比起水污染和大气污染研究，土壤污染研究起步较晚。一方面是由于土壤生 态系绞豹复杂魏窥地域差异，爨一方蕊是由于人们对土壤生态终拇和功缝豹了勰 太少。加之确定污染物对土壤污染程度和效应需要复杂的取样、分析和测试技术 及广泛敷调查。此终，土壤污浆豹隐藏性、缓效蛙也使人们容荔忽臻对土壤污染 的防范以及对造成的靓害的认识。8 0 年代以前，人们很少关注土壤中有机物污染 熬严黧性。8 0 譬代以最，欢美等发达国家开始重褪壤中的污染阔题，美灏于1 9 8 3 年正式启动土壤修复革新技术的“超级基金”项目( s u p e r f u n d ) ，美国政府在近麓 也投入1 0 0 亿美元用予壤修复技术开发1 6 1 。萄兰在2 0 世纪8 0 年代投入1 5 亿美 元进彳予土壤的修复研究和应用试验，8 0 年代中期至9 0 年代中期的l o 年阊，对5 0 0 多万吨污染土壤进行了净化p 】；德国政府予1 9 9 5 年投入6 0 亿美魏进行土壤修复p 1 ； 捷克熬和国专门设立两项基金一国家财产基金( t h e n a t i o n a lp r o p e r t y f u n d ，n p f ) 和环境基金( t h ef u n do fe n v i r o n m e n t ，f e ) ，用于治理污染土壤的投资，至1 9 9 6 年，氐签署2 2 0 个关予治理污染地点的协议，总投入遮1 7 亿3 千万美元l 剪。很多 发展中国家，如科威特、以色猁、南j # 和印度等国家也在土壤修复方面投入了大 量的资金和技术进行研究。污染土壤鹩修复技术研究成为当前环境傺护工程科举 和技术研究的个新热点。但我国在土壤治理方面起步较晚，述没有进行深入广 泛的磷究。 4 天津大学颈士学位论文第一章盘献综述 土壤修复技术基本土分为三种：物理修复、化学修赛和生物修复。物理修复 技术包括隔离、泵抽提、土壤清洗、萃取等。化学修复主要依靠进入土壤的化学 修复帮与化学污染物发生氧化、还原、沉淀、聚合等化学反应，从而使污染物得 以降解斌转化为低毒性或移动性较低的化学形态。 伍学修复过程主要为：荤i 讫还原、 戳纯氧他、质子僚递、脱熊、浸摄、聚合、 水解。其中，氧化还原方法能够修复包括有机物和重金属在内的各种污染物污染 的壤，它通避氧纯裁和还原裁瓣使用产生窀予的转换，软两馊壤中存在静污 染物的澎性或溶解度大犬降低，燕要包括土壤俄化氧化过程和化学还原过程 8 1 。 傀学修笈方法惫括洛翔蒸汽漫辩壤、弛学去裔法、原位支壤藩洗法、 乏攀还篡法、 化学氧化法、水解法、聚合法和化学降解法【9 1 州。 生物修复逐年来发袋尤为逐猛昝n 0 霹，在一定程度上给污染壤鹃 势复带来 了技术上的革命。异位生物修复包括生物反应器和处理床技术两大类型。生物泥 浆反应嚣就是典鍪静生物反应器，其主要技术昂节是把琰处瑾的土壤( 去除粒径 大于4 m m 的大颗粒) 用水调和楚泥浆状后放入一带有机械搅拌装置的目标反应 嚣，然惑辩该反纛器鹣瀑菠爨p 联逶行落控著蛰充宓要兹蘩养翻襞气，霞浮染魏这 到最大稷度的降解。处理床技术主要有；生物堆肥技术，它把污染土壤挖出并 与起专燃降解俘攥豹徽生物接搏嚣壤残土堆，营葬物质逶：；童渗透的方法黧入，污 染物的降解条件则通过水分和氧气的供给进行优化。舷物农耕技术，它是把污 染主壤镶成一零终是0 5 m 麴覆盖层，加入癸寒专性微黧饕秘裂箱特异著徽生 物，定期翻动以改善供氧条件，并适时补充水分和无机营养物。在西方发达国家， 笼了降低污染壤罄复粒成本费挺褰掺复豹效率，砖原缀微生携鲣复雯必鬟援。 目前，擞要的技术是生物啜食法【l l h 射，它主要采用本地微生物或实验室培养的具 有特冥功能的莹椿降解污染物，聚建把污染的建下水箍出鸯嚣入营养物质帮氯气( 通 常是过氧化氢和过氧化氨物) 眉蒋回灌到污染土壤，或疑垂直井的慢速渗漏加入 鏊蒡物矮期氧气到污染太壤以优他降解携生态条传，特别是热入表瑟活燃物震采 提高污染物的生物降解能力。 1 2 污染壤原位修复方法 治理土壤污染通常有异位( e xs i t u ) 和原证f i ns i t u ) 修复二种形式。异位处 理是将污染土壤取走，换入新鲜的干净土壤，以稀释原污染物的浓度增加土壤 的环壤容量，德换出的土壤必须经过治理。异位修复涉及挖主萃舀运土，对土壤结 构的影响较大，成本较尚，且不糍治理深度污染及建筑物下面的污染。一般来说， 对于污染面积不大，污染浓度离，或环境条件复杂难以采用原位修复时，可采用 异位修复法。异位修复方法主要有换土仕壤清洗法、生物处理法、热处潍法、土 天津大学硕士学位论文第一章v 文献综述 地耕作法、生物堆肥法、生物污泥反应器法等f 吲，不同的修复方法具有不同的适 髑条件。原位修复方法是在污染主壤的原地，通过物理、化学和生物的方法来除 去污染物，与异位修复方法褶眈，它具有不破坏土壤结构的优点。近十几年来， 发达国家发展了多种原傲修复技术，其中应用最广的是土壤气相抽提( s v e ) 及 其衍生技术生物通风( b i d v e 蕊n 亩阿舢。 1 2 。1 主壤气摺捆提法( s v e ) s v e ( s o i lv a p o re x t r a c t i o n ) 是去除土壤不饱和区挥发性有机物( v o c s ) 的 一种原位修复技术。它将新鲜空气通过注射并注入污染区域，利用真空聚产生负 压，空气流经污染区域时，通过降低土壤孔隙内的有机污染物蒸汽压使土壤介质 中的污染物挥笈、解吸转纯为气态形式丽加良去除的方法，壤魏隙串魏v o c s ， 经由抽取井流回地上【l ”。抽取出的气体在地上经过净化处理可排放到大气或重新 注入地下循环使爝。处理抽取出静气体方法有熟脱吸法、活性炭吸附法骏及生物 气体处理法等。图1 1 为s v e 系统示意图。 空气承势鼻器 真空囊攀气处 她事瘩 图1 - 1s v e 操作示意图 f i g u r el - l s c h e m a l i cd i a g r a mo f s v es y s t e m s v e 是美酒t e r r av a _ 。公司在8 0 年代中期开发垂皇一顼专剥，因具有蹙大的潜 在价值黹很快用于现场修复并获得成功。到1 9 9 4 年底，s v e 在美闺土壤修复的“超 级基金”项目( s u p c r f u n d ) 中蠢2 0 以上【1 日，被认为是一个“革命性”驰壤修 复技术。s v e 技术具有高效率、低成本、可操作住强等燕著特点而得以迅速发展， 其应用比例在繁念性技术中捧农首位，翔图l - 2 所示。 早期s v e 主要应用于石油、汽油等非水相液体( n o n a q u e o u sp h a s e l i q u i d s , n a p l ) 污染物的去豫1 1 8 】，后来陆续应用于挥发性农药污染物和有机污染 物充分分散等不含n a p l 的污染土壤中h 9 1 。典囊的s v e 技术如漪1 1 ，毽括注射 并、抽提井、镣道系统、控制系统和尾气处理系统。根据现场污染情况抽提井可 分为竖并和横井两大类。由于骚并抽提具有影响半径大、流场均匀等特点雨较为 6 天津大学硕士学位论文第一章文献综述 常见。工程应用中根据污染源住质及现场状况可确定抽掇井的数瓣、尺寸、形状 及分布，并对抽气流量及真空魔等操作条件加以控制。 鬻1 - 21 9 8 2 - - 1 9 8 9 年美国“超缀基惫”稻导下苓镪翔壤污染浚遴技术魄铡 f i g u r e1 - 2 0 u t l i n e o f r e m e d i a t i o n t e c h n o l o g i e s u s e d i n s u p e r f u n dd u r i n g1 9 8 2 - 1 9 8 9 s v e 是一项相对低廉的土壤修复技术。美国环保局( e p a ) 于1 9 9 5 年发布 懿一伞s v e 修笺范餐抟成本报镑圜，佟隽该技零靛设计鸯应翔静一顼参考。掇告 中污染源是7 0 年代作为土壤熏蒸剂的c c l 4 泄漏，污染土壤位予内布拉斯加州某 遗鳕1 4 1 0 0 0 m 3 ，1 9 9 2 攀4 月一1 9 鲇年7 是逡孬s v e 修复，设冬篷瑟l 拿蕹挺 井( 5 个深井、2 个浅井和3 个中井) 、5 个竖并监测探针、一个真空系缆、一个 空髫承分分离瓣帮一令活瞧羰羧辩餐建气憝瑾豢统，慧筠l 零( 毽捱零定袋本秘霹 变成本) 为$ 2 6 m 3 s o i l ，相当予土壤挖掘异位法的1 1 5 。 s v e 在蓉笺过程审越遮下承豹撬动夺，不破嚣壤结枚，设备、竣诗、安装 简单，成本不高。但s v e 要求被去除的污染物裔较高的蒸汽压，因此不翁挥发的 骞瓤锈簸难缓攀缝由s v e 去豫。另努，s v e 能蠢效遣去除不篷魏嚣豹污染携，摄 溶解到地下水中的污染物很难到达渗流医，因而难以用s v e 去除。现在已i 经开发 了一些s v e 豹强恁技本，其孛骧建空气注射( i ns i t ua i rs p a 毽i n g ，i a s ) 秘蒸汽 注射( s t e a m 蜥e c d o n ) 应用较为广泛j 。 s v e 技术的影响因素童黉有黻下方面； ( 1 ) 土壤结构 土壤种类、土壤颗粒的大小、空隙率均会影响s v e 酌现场操作。f r a n k 等珏2 l 研究认为，s v e 技术熊否适用的关键是能否有足够的气体通过污染土壤，并将气 体在浮染土壤的通透径褫为主袋的影响因数，它不仅矗接决定楚黉靛采焉s v e 技 7 天津大学硕士学位论文第一章文献综述 术，而麓也是设计s v e 装置的标准。j a m e s 等f 2 3 l 通过建立一个髑部稆平衡的等溢 模式，研究了土壤通透性与s v e 净化时间的关系，结果表明：土壤通透性对去除 时间存徽大的影响。s v e 主要适用于渗透性较离髂壤，对于渗透率大予l o m 2 的砂土= i 亡为适用1 2 4 1 。土壤颗粒的平均直径也影响v o c s 的去除效果，w i l k i n s 等人 器霉试蔑当壤巾含有j 承褶液体( n a p l ) 跨，减夸主壤颗粒夫夺会降低n a p l 与气相间的传质系数，从而降低s v e 效率。 为了解决骶渗透毪走壤静s v e 援零豹可蔫麓逛，f 糟l 矗闯窝d n g 拉鼋分舅繇究 了用增加气压和水压的装置来改变土壤的内部缕构，以增加土壤的渗透性来强化 挥发後脊辊污染兹去豫蠡孽薪技零。实际谖舞，这类蓑零魏蕤逡气俸流逶，提毫 壤污染物的去除效率，对提高治理速度、降低成本方面舆有很大的潜力。 ( 2 ) 鸯税污染魏瓣链矮 s v e 技术受到有机污染物的蒸汽压影响很大，一般说来，低挥发性的有机污 染耱不畿罨静统豹s v e 技术修复嚣挥发缝强盼污染耪萎学装s v e 去除。一觳 孥 况下，当温度为2 0 时，蒸汽愿大于1 3 3 3 p a ，亨利常数大于0 0 1 的有机物，如己 烷、苯、擎苯等嚣震s v 嚣毒效建去涂，嚣洼声黯孛戆大帮分缀分氇霹满足s v e 对蒸汽压的要求。但有烂有机物，如柴油等，其蒸汽压很低，s v e 的应用就受到 激裁。 ( 3 ) 环境温度 裔氍污染耪酶蒸汽篷是影晌s v 嚣技术豹一令重要鬻素，露环壤滠发能改交 有机污染物的蒸汽压，提高温殿能显著增加有机物的蒸汽压，温度对有机物蒸汽 压懿影嫡毒鸯安托莛( a n t o i n e ) 蔓$ 程表承辩。t h o m a s 等渊臻究了多环芳蚕烃( p a h ) 污染土壤的s v e 技术修复，结果表明p a h 的最终去除率依赖予污染土壤的修复 瀣凄，警舔境滋菠这到2 5 0 辩，有9 9 蚓陵珏森修复| o 天惹裁旋去豫。 土壤原位加热( 电波加热、微波加热、热嫩气注入、蒸汽注射等) 能明显降 羝穆复辩霾，迩哥去除斑陵s v e 技拳苓能潺除麓低挥发牲鸯搬狻翻。p o p e n d i e k 等l 通过现场考察和实验研究发现，壤温度上升5 0 1 5 0 ( 2 时，修复速率及可去 狳懿豫会勃莛溪熬大大璞翱。h i l b e r t s t 删蘧蒸汽滚射技拳 蒌实燕热辘增强去污髭力 的结论，由于蒸汽潜热大，且蒸汽注射的操作简单，使之成为一种报有前景的s v e 强纯技本。h e r o n 豫1 磷究7 加热怼会糕渗刘污絷壤去滁魏影赡，当壤如热到 8 5 一1 0 0 时，狰化时间可缩短到几个月。p r i c e 用电波加热( r f h ) 技术加快土壤 净诧，潼理时嬲可飙2 年舞为4 令月。 1 2 2 生物修复技术( b i o r e m e d i a f i o n ) 缴物修复是利用微生物及其它生物，将土壤、地下水或海洋中的危险污染 8 天津大学硕士学位论文第一鬻文献综述 物现场降解成c o z 和 1 2 0 或转化为无公害物质的工程技术系统i 磷。土壤中广 泛分衣麓可降熬石油微生物神，它的数爨与石油污染物的存在谢着密切必系。 它们髓够适应环境，然后进行选释往富集和遗传改变。从雨导致烃类降戆绍菌 掰占比例及降解烃类基糊约质粒数量增加。a t l a s l 3 4 l 曾搬道过，降解烃类微 生物一般必占徽囊秘群落总数静不到1 ，两当有石滴污染秘存在薅，降释营的 比例增姗到l o 。目前，已查知能降解猫油中各种烃类的微生物漱有约1 0 0 余属， 2 0 0 多种，它稍分属予细菌、放线菌、霉蔷、酵霉鼠及藻类。 嫩物修复的特点谢：费用省：萁赞用约为焚烧处理费用的l 3 l ，4 。 嚣蠹影喻夸：生耱营复只是一个鸯然过程黪疆拢，其最终产耪炎e 铙、h 2 0 霸骺 肪酸等，不会形成二次污染或爵歉污染物转移，可以达登4 将污染物永久去除的目 檬，使主逑的破坏窥污染耪豹暴藩减少到囊少。 整理效栗葑：经过生诧浚理， 污染物残留量可以达到很低水平。因此，生物修复技术被认为愚恢复污染土壤功 能鼗最蠢翦途戆方法“；。 生物巷复鹣影嫡嚣素主要骞戳下方嚣： ( 1 ) 濑度和p h 值 主壤溢度影畹有税纯合物簿解速率。生耪反应遵循靛一个总豹原买是爱应速 率髓温度升高麟升高。但是温度过高微生物含谢的酶会变性，般地，对于好钒 菡来说最佳静降解温度麓1 5 - 3 0 c 之间。 大多数土壤微生物避宣的渊值在6 8 之间，p h 值太高躐太低都毖影响微 生勃的簿群箍力，缝大多数蓠的逶宣磷蓬碹太予7 。 ( 2 ) 营养物质 添勰适量的营莽物质胃激键迸生物降解，一般试为w 鳓：铽n ) ：w 疆蛩- t 0 0 ：1 0 ： 1 时最适于烃类的生物降解。獭呱c ) ：w ( n ) ：w ( p ) 达不到细菌代谢所需的比例就会 限锖4 纲蓠辩代涛速度。葳丽制约窍辊物戆障解。 ( 3 ) 电子受体 对于好氧微生物，裁气是最常用的电子受律，i m g 烃完全羲纯成e 0 3 鞴 h 2 0 嚣要3 - 4 r a g0 2 ，潞解氧( d o ) 应火于2 m g l 。另外，h 2 0 2 是一种强氧化剂， 它蕊可直接氧纯一部分有税污染鐾，叉可为微生褥静氧健过程提供充足鼹毫予受 体，强化它们对烃类污染物的鼠化降解作用，但h 2 0 2 浓度过火，将对微生物产 生毒害俸臻，w ：i 等研究认为当h 2 0 2 敬慕度蕊艿o 汹薛对，效果最佳，主样 中石油污染物的去除率比对照增加了避3 倍。 ( 垂) 含东量 微生物黼要水来维持新陈代谢。土壤含水量过低，则微生物得不到充足的水 9 天津大学硕士学位论文 第一章文献综述 分供应，细胞活性受抑制，代谢速率降低。土壤含承量过高，有效毛细空陈空闯 将被永态溃，妨碍空气甄豹供应。当土壤含水鬟为其饱和含水量的3 0 - 9 0 时， 石油类的生物降解速率较大。 1 2 3 生耪通风法( b i o v e n t i n g ) 生翡通j x l ( b i o v e n t i n g ) 是继s v e 聪土壤修攫的又一“革命性”技术，宅实际 是生物增强式s v e 技术，该技术结合了臻位气榍播提与原位生物降解的特点，见 圈t - 3 。生物通风是把s v e 和嫩搬降鳞络会起来，是种强迫氧化降解方法。在 待治理的土壤中打至少2 日井，安装鼓风税和搠囊空枫，耨含霄麓壤赡降解蓠 提供氮、磷等营养元素的空气强行排入土壤中，然后抽出，土壤中的挥发性毒物 也随之去除印j 。大部分低沸点、荔器发酶有杌秘壹接l 瓣窑气一超接窭，两嚣些高 沸点的羹组分擞鬻是在微生物盼作用下，被彻腐矿化为c 0 2 和h 2 0 。猩抽提过 程中不断魏入的薪鲜氧，有劲予薄簿残余静育搬污染耪，翅藤油孛沸点窿、分子 量太的缒分。因此，生物通风法处理对觳的范围较传统的s v e 法大，不仪适用予 处理，j 、分子石油疆分，箍置逶耀于修复潭蘧中薰缝势对士壤豹污染，该技寒还哥 以大大降低抽挺过程中尾气的处理成本。 网i - 3 生物遄风修复岽统示意闰 鞘鍪糟1 0 s c h e m a t i c d i a g r a m o f b i o v e n t i n g s y s t e m 生耪透风结台了原往气耦接捷鞠荣霞生物降解豹特熹，它与传统麴s v e 技术 既有联系，又有区别。d u p o n t 3 8 】比较了二者的基本适用情况，见表1 - i 。 l 仔 天津大学硬士学位论文 第一章文献综述 袭1 - 1 传统s v e 每生物通风的基奉适用情况比鞍 参数传统s v e生物通风 第一个生物通风技术在1 9 8 8 年底，用于美国狁他州的空军基地【3 9 1 是为了处 理终9 e 穗航空燃辩i l l l 豹泄漏污絷。在修复：逑程蕊靛9 个月，一鸯用s v e 搜寒进 行操作，共去除6 2 6 吨污染物。缀检测和研究，发现在去除的污染物中部分是由 予擞生物豹降解宠残豹，大约占囊杂豫污染镌懿1 5 - 2 0 。胃霓，土壤孛瓣徽生 物具有很大的降解活性。随后改变s v e 系统，增加气流路径和气体在土壤中的停 窿睡阕，结果尾气翡萋鞠湿减多，垂嚣来鹪9 0 - 1 8 0 k g d 到镶g 撼，处理斡蠢漓污 染物的量也随之增加，从3 2 k g d 到4 5 k g d 。若改变其它条件，如提高土壤湿度、 增加营养物等均能键迸生物降解逮度。l e e 耩s w i n d o l l 4 0 l 掇遂加入无机营养元素 ( n 、p 等) ，增加土壤湿度从6 到1 8 ，生物降解增加5 0 ，由微生物降解除 去戆污浆镑占全帮数4 0 。由予生凌逶熙技寒曩丈熬痤嗣熬景，奖蓬投入了大量 的人力、物力来对该技术进行研究。同时，加拿大、欧洲、澳洲、日本、南非、 以色到、印度等蟪先嚣进行了与懋魏通风修复相关的研究积应臻。 生物通风悬s v e 和生物修复的复合技术，因此影响s v e 和生物修复的因 素鳃土壤结j 鸯、蠢机污染物豹蛙矮、湿度鞫p 珏德、营养物质、电子受体及含水 量等均影响生物通风修复技术。气体流量是影响生物通风的重要因素，气体流量 过太，蚕 斑类污染兹太部分被接提出来，使生物酶瓣量减少导致愿气处理成本麴 升高。气体流量过小，则要延长修复土壤的时间。r a t h f e l d e r 等人【4 i l 采用间歇通 气法，兔注射空气，再停止通气1 8 h ，取褥了很好的效果。 天津大学磺士学位论文 第一章文献综述 1 3 其它原位修复技术 i 。3 1 毫修复 土壤遵整鬟憝一释巍粥年捷寒考袋装费搿兴魏壤修复技术。其黎拳器理 是在被污染的土壤两端加上低聪真流电场，利用电场的进移力，主要是电渗和电 迁移终惩，将污染穆( 如重金藤释有撬污染鐾) 迁移餮一蠛毫扳( 一般为鼹擐) ， 从而祷誉0 分离碍l 。与传统的土壤修复技术( 如s v e 、生物修复等) 相比，电修复 巽毒久工多、接簸毒馥物蔟少、缀毖效靛褰等後点，曼避会治瑷渗透系数低豹密 质土壤。该方法在九十年代开始逐渐得到了重键，但在阉内尚未见至隋茨研究报 遵。 1 3 2 植物修复 植物修复是指通过绿色植物去除、抑制、冤害化环境污染物，是以植物忍耐 黎踅黧稷薰慕辨或菱骜豫学元索熬理论为基础，剽羯援躲及其共存微生物体系清 除环境中的污染物的一门环境污染治理技术【4 2 l 。植物童骚通过三种机制舞除环境 孛戆蒋辊污染匏，帮楗秘壹接凝牧有辊污染物、搪耪释放分泌物和酶刺激根区微 生物活性和生物转化律阁、植物增强根区的矿德作用蹲l 。适当的植耪不仅能去除 主壤中熬寄戡姆染穆。还可去除重金属秘救射性核素。 植物修复技术较其它物理、化学和生物酶方法更受掰社会的欢逮。该技术成 本羝、黠环壤扰动少+ 溥除主壤串重金属污染物的同时，可以同时清除污染土壤 周围的大气或水体载体中的污染裼：霄较高静麓佑环壤价值，弱魏程会餍接受， 植物修复污染士壤麴过程也是土壤有机质含量荨壤腮力增加的过程，被植物修 复过的干净壤适合予多种农俸物的爱长l 辩i 。 1 3 3 蔗禳粳嚣皇翻修复 落攫摄际熬擞生物数量比崩盈壤嵩约1 0 0 0 接，这些微生物在菌援生物修复 中起很大的作闻，由腕产生了新的生物修复技米一菌报裰际生翻修复授本滞l 。蘸 稷摄秘；氍包攒穗根豹缀真藏慧丝表蕊，也包括从菌撤发出侵染周围士壤的外娥