张健恒
天津志和博容环保科技有限公司 天津 300000
摘要： 本研究通过向供试污染土壤和地下水注入过硫酸钠，通过过硫酸根的强氧化作用，使土壤或地下水中的石油烃转化为毒性较小的物质。过硫酸根(SO4-·)有一个孤对电子，具有较高氧化能力，可以将大多数有机污染物氧化为小分子有机酸，并最终矿化为CO2和H2O[1]。但是由于污染场地条件远复杂于实验室设定的条件，同一种氧化剂在不同水文地质环境条件下的反应效果不尽相同。因此，本研究将通过研究活化后的过硫酸钠的适用条件、适用范围等特征，分析其化学氧化处置方法对不同污染场地的适应性和评估过硫酸钠场地修复各类实用活化方案对本场地关注特征污染物的降解效果[2]。
关键词：氧化剂；土壤污染；地下水
1 实验材料与方法
1.1 实验材料
本研究所用土壤样品从待修复区域现场采集，根据主要关注有机污染物-乙苯、二甲苯及石油烃(TPH)的浓度分布、污染土壤的深度及土壤理化性质的分布，挑选场地三个点位有代表性的污染土壤样品。
1.2 活化过硫酸钠对有机污染物的降解效果及活化条件筛选
以土壤中石油烃为目标污染物,分析比较不同氧化剂活化过硫酸钠的活化效果,具体实验方案设计2个实验组, 涉及三种活化条件,每个实验组设有3组平行重复实验,均在恒温水浴、反应时间120 min的条件下进行。
1)非活化实验组(不添加外加活化手段):有研究显示土壤中存在的某些物质有可能活化过硫酸钠；如果能成功通过场地本身存在的物质活化过硫酸钠降解目标污染物，有望避免添加活化剂所带来的额外成本[3]；
2)常规碱性活化实验组:通过添加NaOH提高场地地下水的pH来活化过硫酸钠是场地修复的一种常用手段。同时通过添加过硫酸钠两当量的NaOH，有望中和过硫酸钠修复过程中产生的酸，使在修复完成后将场地土壤和地下水的pH恢复到原先的背景值；
1.3 实验方法及实验方案设计
使用40 ml的EPA VOA瓶子，称量10.0 g土壤（测定水分为23.9%），加入含有过硫酸钠(15 g/L)和各类活化剂（75 g/L）的10 ml地下水混合液，稍微摇动一下混匀，盖上带聚四氟乙烯内垫的盖子，实验组均放置在20 ℃(该温度大约为场地表层土壤和地下水的背景温度)摇床下反应(约100 rpm)。并且在第三天和第七天进行采样检测。首先，离心分离水相和土相，测量pH值变化。加入5 ml去离子水利用旋振清洗土壤，将土壤中的氧化剂转移到水相，并再次离心分离水相和土相。清洗步骤重复两遍，收集水相样品并定容到25 ml，水溶液利用正己烷萃取，并通过GC/FID (Agilent 7890A)分析有机污染物浓度；剩余水相样品利用自动电位滴定仪分析检测氧化剂浓度。土相样品采用正己烷超声萃取，利用GC/FID跟踪有机污染物浓度的变化。
2 实验结果与讨论
2.1 活化过硫酸钠对石油烃污染土壤的修复效果
不同过硫酸盐活化处理后土壤中主要石油烃污染物浓度的变化也各不相同。在反应结束后不同实验组的土壤中乙苯的浓度含量为非活化实验组＞NaOH碱性活化组。在反应结束后不同实验组的土壤中邻&间二甲苯的最终浓度含量为非活化实验组＞NaOH碱性活化组。土壤中对二甲苯的最终浓度含量也观察到了相似的结果，其浓度为非活化实验组＞NaOH碱性活化组。NaOH活化实验组三种石油烃组分降解效率较弱,分别为78.73%(乙苯)、73.17%(邻&间二甲苯)、和59.05%(对二甲苯)。比较氧化处理后不同时间下土壤中主要石油烃含量变化发现,非活化实验组、NaOH活化处理后的过硫酸钠氧化降解后土壤中各主要石油烃污染物含量均发生一定程度的实验误差，并于反应结束的最后一天趋于平稳。
图2.1 非活化实验组土壤中主要石油烃污染物降解情况
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图2.2 NaOH碱性活化实验组土壤中主要石油烃污染物降解情况
2.2 活化过硫酸钠对水相石油烃污染的修复效果
不同过硫酸盐活化处理后,水相中主要石油烃污染物的残留含量及去除率也各不相同。对于水相中的主要石油烃组分，水相中乙苯残留浓度由大到小依次为: 非活化实验组＞NaOH碱性活化组。邻&间二甲苯水相残留浓度为: 非活化实验组＞NaOH碱性活化组。水相中对二甲苯残留浓度由大到小依次为: 非活化实验组＞NaOH碱性活化组。在各实验组处理下, 水相中各石油烃组分的去除率在76.81%~99.70%之间。
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图 2.3非活化实验组水相中主要石油烃污染物降解情况
图2.4 NaOH碱性活化实验组水相中主要石油烃污染物降解情况
结论
不同实验组活化后的过硫酸盐处理后土壤中的乙苯、邻&间二甲苯和对二甲苯在后期均发生一定程度的含量反弹现象,这一结果与前人的研究结果相吻合[4]。这种现象可能是由于降解后残留在土壤中难解吸石油烃组分的缓慢质移造成的。此外,土壤中的天然有机质会被氧化，从而导致部分吸附态污染物的再次释放,进而导致污染物的反弹[5]。实验结果也说明在常温、无外加活化条件下，过硫酸钠活化效果有限，可能成为有机污染物降解效率提高的限制性因素。
参考文献
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