疏水性有机物(HOCs)污染土壤的淋洗法修复研究

1、疏水性有机物（HOCs）污染土壤的淋洗法修复研究1桃桃花花缘缘1.淋洗法定义淋洗法定义2.淋洗法的分类淋洗法的分类3.HOCs污染土壤污染土壤的淋洗法现状的淋洗法现状4.HOCs污染土壤的污染土壤的淋洗法前景淋洗法前景HOCs污染土壤的淋洗法修复研究污染土壤的淋洗法修复研究2题题城城南南庄庄疏水性有机物（疏水性有机物（HOCs)土壤中的有机污染物主要有化学农药、工业三废中的酚类化合物、石油类、多环芳烃类，土壤有机污染对农作物生态安全及社会经济的可持续发展造成威胁。而这些污染物大多是疏水性的，它们亲脂性强、水溶性低，易吸附于土壤中。吸附态的有机物一般难以被微生物利用，即使可被细菌直接降解，其生物

2、可利用性也比它们处于溶解态时低。而且，它们大多结构稳定，不易分解转化，能在环境中长期滞留。土壤修复土壤修复土壤修复是指利用物理、化学或生物的方法转移、吸收、降解或转化土壤中的污染物，使其浓度降低到可接受水平，或将有毒有害的污染物转化为无害的物质。人们已经开发了很多土壤修复方法 ，而且一些行之有效的污染土壤修复的新成果和新技术还在不断出现，但由于HOCs的特殊性使得含有疏水有机物的污染土壤修复一直是世界范围的环境难题。31.淋洗法定义淋洗法定义从广义上说，土壤淋洗可以被定义为用流体(通常是液体) 去除土壤污染物的过程，它可以是原位修复，也可以是异位修复。污染物可以是无机污染物也可以是有机污染物，

3、淋洗液可以是水也可以是化学溶剂。4对于土壤的重金属污染来讲，周加祥认为淋洗法( Soil washing) 是利用水力压头推动清洗液通过污染土壤而将重金属从土壤中清洗出去，然后再对含有重金属的清洗液进行处理。清洗液可能含有某种络合剂, 或者是清水。武晓峰认为淋洗法就是通过向土壤中注水，以冲洗土壤孔隙介质中残留的污染物，并使冲洗水流入地下水，然后回收冲洗水以达到修复污染土壤的目的。（以上两种说法均强调了淋洗法在污染土壤原位修复中的应用）5淋洗法分类淋洗法分类2.2.1按处理土壤按处理土壤的位置的位置2.2按淋洗液按淋洗液的种类的种类原位淋洗原位淋洗异位淋洗异位淋洗表面活性剂表面活性剂淋洗淋洗环糊

4、精淋洗环糊精淋洗有机溶剂有机溶剂淋洗淋洗62.1.1原位淋洗法原位淋洗法土壤原位淋洗主要是将淋洗液通过一系列注水孔注入土壤污染带中，在人为压力的作用下控制渗流区的范围，使淋洗液在土壤渗流场中按一定规律流动，在流动过程中作用于污染土壤中的污染物，使其被溶解或增强其流动性，然后随淋洗液一起运动至抽液孔被抽送至地表，处理抽取液中的污染物，并将其中的淋洗剂回用。2.1按处理土壤的位置分类按处理土壤的位置分类7具体的场地的地质条件及污染物性质是应用原位淋洗的决定性因素。原位淋洗需满足条件原位淋洗需满足条件一般要求场地具有相对较高渗透性，如沙质及砂砾沉积环境，且其下部有弱渗透性的泥质层单元，如果区域下层没

5、有泥质隔水层，清洗液可携带污染物垂直运动至深部，可引起更大范围的污染。对于土壤中典型污染物非水相液体（NAPLs），根据其密度可分为重质(DNAPLs) 和轻质(LNAPLs) 两类，DNAPLs 包括含氯溶剂(如三氯乙烯TCE、四氯乙烯PCE) 、多环芳烃(PAH) 、多氯联苯(PCB)，LNAPLs 包括汽油、发动机燃料 等 。 原 位 淋 洗 主 要 去 除DNAPLs。8原位淋洗法优缺点原位淋洗法优缺点优点：处理效果好 ，后续危害小；不需要开挖土壤 ，对地表环境干扰小；运行费用低 ，其费用仅与抽注孔的数量及表面活性剂等淋洗剂的使用量有关。缺点：处理结束后 ，在土壤中仍残留一定的淋洗液，

6、需要采用其它方法做进一步处理；适用范围较小。92.1.2异位淋洗法异位淋洗法污染土壤的异位淋洗法异位化学淋洗是将挖掘出来的污染土壤与淋洗液混合 ，投加到淋洗反应器中，并控制在一定条件下，通过搅拌等外力的辅助 ，使污染土壤和淋洗液发生作用 ，待土壤中的大部分污染物转移至液相后 ，将洗过的土壤分离出来 ，回填或作深度处理 ，富集了污染物的淋洗废液经过处理后排放或回用。10异位淋洗法影响因素异位淋洗法影响因素土壤性质污染物性质、浓度、老化时间淋洗剂性质及浓度工艺条件土壤质地 ；土 壤 矿 物 的性质；有机质含量。有研究表明柴油中碳的含量越大则越难去除；浓度越大越容易去除；老化时间越长越难去除。淋洗剂

7、性质影响程度远小于有机物本身性质的影响；去除效率常随淋洗试剂浓度增大而提高 ，并在达到某一定值后趋于稳定。固液比；淋洗时间；淋洗温度；搅拌强度。112.2 按淋洗剂类型分类按淋洗剂类型分类2.2.1表面活性剂淋洗表面活性剂淋洗通常用于污染土壤修复的表面活性剂有非离子型和阴离子型表面活性剂。12淋洗机理淋洗机理表面活性剂的一个重要特征是形成胶束。即表面活性剂每个分子的疏水部分朝向内部的中心集合，与其它疏水集团形成一个液态核心，从而在胶束的中心区形成了一个性质上不同于极性溶液的疏水假相。形成胶束的表面活性剂的浓度称为临界胶束浓度( Critical micelle concentration，CM

8、C) ，达到该浓度时，表面活性剂分子迅速聚集形成20-200 个胶态有序的分子或离子集合体。13表面活性剂法淋洗HOCs污染土壤的机理主要是增溶作用：表面活性剂胶束的存在导致了HOCs的溶解度的明显增加，即有机物进入与它本身性质相同的胶束内部导致一个各向同性的胶体溶液的形成。当表面活性剂浓度大于CMC 值时，其胶束与单体之间存在一个动态平衡，此时表面活性剂在土壤- 水系统中以溶解单体、吸附在土壤上的分子和胶束态3 种形式存在。而土壤-水系统中的HOCs 可以溶解于表面活性剂胶束中、溶解于周围溶液中、直接吸附在土壤上或者与吸附在土壤表面的表面活性剂相吸附。在这样的系统中，表面活性剂的存在可以引起

9、吸附于土壤颗粒上的HOCs从土壤上大量解吸并溶解于表面活性剂胶束内，从而显著地增加HOCs 的溶解度。14支银芳等人选用两种阴离子型表面活性剂LAS和SDS 及两种非离子型表面活性剂Triton X-100 和 Tween 80，研究了CMC附近各表面活性剂溶液对柴油的增溶及一次性清洗油污的能力。154 种表面活性剂在选定试验质量浓度范围内对柴油的增溶趋势如下图中的增溶曲线所示。16下图给出了清洗试验中各表面活性剂对应的柴油去除率。172.2.2环糊精淋洗机理环糊精淋洗机理环糊精( Cyclodextrin，CD) 是由环糊精葡萄糖基转移酶( CGT ) 作用于淀粉所产生的一组环状低聚糖，常见

10、的环糊精主要有，和三种， 其中又以-环糊精(-CD ) 最为常用而且价廉。由于 -CD本身溶解度较小，为了增强使用效果，常把它的某些基团进行修饰，得到水溶性较大的环糊精衍生物，如甲基- CD(MCD)，羧甲基- CD(CM CD)，羟丙基-CD(HPCD)和羟乙基-CD( HECD)等。环糊精分子具有一个亲水的外缘和一个疏水的空腔，其疏水空腔能与HOCs形成主客体包合物，解吸出吸附在土壤中的有机物，增加其水溶性。该过程受到环糊精类型、浓度，环糊精空腔与有机污染物的匹配程度，土壤性质等方面的影响。由于环糊精及其衍生物本身又可被微生物降解，在修复环境持久性有机污染物的应用中具有很大的潜在价值。18

11、2.2.3 有机溶剂淋洗有机溶剂淋洗有机溶剂淋洗HOCs污染土壤的机理是脱附。土壤对污染物的脱附过程是一个动态平衡过程，在一定的温度下， 当脱附达到平衡时土壤颗粒中的污染物浓度Cs与有机溶剂中溶质的平衡浓度Ce之间的关系称为脱附等温模型。常见的有Herny 线性平衡模型、Langmuir 平衡模型、Freundlich 平衡模型等。Sofia等选择了最佳条件（75%的乙醇在60下连续淋洗10次）来处理四种被二噁英污染的土壤，最高的去除效率达到了97%；Aurora等用对环境友好的乙酸乙酯，丙酮和水处理烃污染的土壤，发现对污染物去除影响最大的是乙酸乙酯。目前研究较多的是用有机溶剂来淋洗高浓度石油

12、污染的土壤。在HOCs污染土壤的淋洗修复中，有机溶剂经常与表面活性剂或环糊精复配来强化淋洗。192.2.4 三种淋洗剂比较三种淋洗剂比较表面活性剂环糊精及衍生物有机溶剂优点洗脱效果好；成本较低淋洗剂土壤吸附少；环境友好洗脱率较高；成本较低；易回收；无污染；操作简单缺点吸附于土壤；破坏土壤生态系统成本高；难回收易挥发；使用浓度高203.HOCs污染土壤的淋洗法现状污染土壤的淋洗法现状目前，对HOCs污染土壤的修复多是采用添加表面活性剂和环糊精等淋洗试剂的方法。土壤淋洗修复在美国和西方国家有过很多个实际应用的工程案例，在美国超级基金资助的修复项目中，有17个淋洗修复示范场地。如诺福克和利特尔溪海军基地附近的多氯代烯烃污染土壤采用环糊精增强洗脱修复，使用20%的环糊精溶液作为淋洗剂，使土壤中的三氯乙烯（TCE）等达到了快速去除，淋洗液中的污染物通过吹脱法去除后，再补充环糊精后重新回用。21在国内，也已经开始使用这种方法来对被HOCs污染的土壤进行修复，但多处于研究阶段。杨建涛等人对表面活性剂洗脱黄土中石油污染物进行了研究，发现加入阴离子表面活性剂后，柴油的去除率达到20%以上，为淋洗法治理石油污染黄土提供了选择合适的表面活性剂种类的思路。224.HOCs污染土壤的淋洗法前景污染土壤的淋洗法前景表面活性剂本身易吸附于土壤中造成二次污染，随着人们对环保问题的愈加关注以