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微波用于石油污染土壤修复的研究进展

发表时间：2020/11/20 来源：《基层建设》2020年第22期作者：曾令泽1 姚丽敏2 邱锐杰2 陈振才2 郑广强2

[导读] 摘要：近年来随着工业生产力的提高，排放到自然环境中污染物的量也在逐年增加。

        1广东工业大学广东广州 510000；2广州沃索环境科技有限公司广东广州 510000
        摘要：近年来随着工业生产力的提高，排放到自然环境中污染物的量也在逐年增加。土地和水被污水、垃圾和工业产生的化学废物所污染。例如在石油的开采、储藏、运输及加工等环节存在各种形式的泄漏，造成土壤、地下水和周边环境的污染，间接的对人类和动植物造成危害，土壤污染已经成为中国迫在眉睫需要解决的问题。由于中国的快速发展、企业的搬迁，遗留了大量的污染场地，其中部分污染土地如需要再开发或复耕，若未处理使用会为人口稠密区域带来环境和健康风险。
        关键词：微波；石油；污染土壤修复
        引言
        生态保护工作的发展包括环境保护和污染治理两个方面，为了保证生态环境的健康发展，必须要同时做好这两方面工作。在污染治理过程中土壤修复是重要的治理内容，也是污染治理的重要研究方法。
        1目前我国土壤污染现状
        目前，我国的土壤污染现状十分严峻，土壤污染呈现污染面积大，污染严重等特点。我国土壤污染成因各有不同，通过分析研究，大致为以下几点：（1）农药和PAHs污染，这两种污染源使得我国大面积土地被破坏，其中农药所造成的污染面积约占了总量的50%；（2）石油炼化污染，石油开采量不断的增大，对我国的土地造成了非常严重的破坏；（3）重金属污染，不仅影响了土地的使用，对人体的健康也产生了威胁；（4）土壤酸化问题严重的影响了我国土地的使用率；（5）土壤侵蚀问题，该问题污染了我国30%的土地面积；（6）工业三废污染；（7）污水灌溉是除了工业废水之外，人们的生活废水也给土壤带来了极大的破坏。土地出现干裂、肥力下降等问题，严重的影响了土壤的使用。
        2微波在石油污染土壤修复中的应用
        2.1土壤理化性质
        土壤水分和有机质含量会影响土壤的介电常数；土壤的孔隙、孔径和透气性会影响微波修复过程中污染物的扩散。土壤含水量对微波修复效果的影响包括两方面：一是水本身可作为吸波介质增加了土壤体系的介电常数，二是水的蒸馏作用增加了污染物的迁移速率。低于100℃时，土壤的介电常数和损耗因子都较高，此时土壤是微波能量的良好吸收剂，这是由于土壤样品中存在游离水分；高于100℃时，土壤中的吸收剂会减少，因为游离水会蒸发，而剩余的矿物质和有机污染物对100℃的微波相对透明。使用实验室规模的设备通过微波辐射对柴油污染土壤进行热处理，以研究土壤水分对土壤温度曲线和污染物去除动力学的影响，结果表明，土壤含水率的增加能有效提高微波能量的转化，增加污染物的热脱附效率。使用微波产生的蒸汽（MGS）从污染土壤中去除PCBs的可行性研究，发现去除效率取决于所用蒸汽的量，即施加的蒸汽与土壤质量的质量比，结果表明，MGS与土壤的质量比为3∶1的情况下，可以有效地从被污染土壤中去除PCB，总去除效率超过98％。采用2.45GHz微波频率对柴油污染的土壤进行加热处理，以研究土壤质地对土壤温度曲线和污染物去除动力学的影响。分别用柴油人工污染了4种土壤，粒径分别对应于中砾（200～350µm）和细沙（75～200µm）、淤泥（10～75µm）和黏土（<4µm），结果表明，土壤质地显著影响污染物的去除动力学，土壤的热力学和介电特性对加热过程中最终可达到的温度有重大影响，沙质土壤的污染物去除率最高（90％），污染物残留浓度最小（400mg/kg）。在不同土壤上观察到的污染物速率衰减变化表明，土壤的热性质和比表面积通过调节与去污处理有关的吸附-解吸过程，决定了污染物去除的去除效果。与其他几种常规热处理方法相比，尤其是对于沙质土壤，微波热处理可能是修复柴油污染土壤的更好选择。

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        2.2吸波介质
        微波加热将微波能量转换成热能，通过加热和挥发除去污染物。由于许多有机物和土壤颗粒介电损耗系数小，不能直接吸收微波能量来加热污染物，通常将微波吸收剂与受污染的土壤混合在一起，以帮助将微波转化为热能。以颗粒活性炭（GAC）作为微波吸收剂增强对原油污染土壤的修复，结果表明，在添加10％GAC、微波处理15min土壤中的原油去除率达到99%以上；红外分光光度测定结果显示，大约有91%的污染油得到回收，且大部分原油组分没有发生化学变化，仅有少量长链石油烃在经过微波辐照后裂解为短碳链的石油烃。此外，该作者还比较了其他类型的微波吸收剂，包括质量分数0.1％的石墨纤维和碳纤维，以及10％的活性炭粉末、MnO2和Cu2O。结果表明，使用质量分数0.1％的碳纤维从土壤中除油的效率最高，除油率接近100％。使用MnO2或Fe粉末作为吸波介质辅助微波加热处理受六氯苯（HCB）污染的土壤，微波加热10min后，HCB的浓度从55.8mg/kg降至0.91mg/kg，几乎被完全去除。采用微波处理被石油严重污染的土壤，同时加入GAC、次磷酸钠和铁粉，750W微波处理10min，PCBs脱附效率可以达到95%以上。
        2.3辐照方式
        微波加热具有“热点”效应，为了使整个体系受热均匀，可通过控制微波反应器来达到微波处理所需温度及效果。目前实验研究多采用间歇辐照，把传统的滚筒式热脱附设备改进为流化床式对石油污染土壤进行微波热处理，该过程强化了载气与土壤颗粒的传热效率，研究表明，在温度300℃下间歇操作30min，对流化床中石油污染土壤的修复表现出99.9％的解吸效率。对从英国工业基地获得的两个碳氢化合物污染土壤样本进行研究，所显示的有机去除水平取决于所用处理系统的类型和处理条件，使用搅拌床系统可以去除95％以上的有机污染物，而固定床系统中的有机污染物去除限制为30％～50％。微波渗透到土壤样品中的深度解释了不同系统的性能和效率差异。
        结语
        目前，针对石油污染土壤已经开发出一系列可行的物理修复技术，包括热脱附、气相抽提和电动修复技术。微波热脱附技术是最近新兴起的土壤修复技术，其污染物去除效率高且不受污染物种类和环境条件的限制。而微波辐射过程涉及高温条件，可能对土壤的理化性质及其微生物群落造成破环。另一方面，微波热处理尾气处理措施十分关键，如果处置不当会引起二次污染。因此，未来需进一步从微观尺度探究不同污染油组分与土壤之间的相互作用，研究石油物质在土壤中的迁移转化和降解规律。其次，为进一步推广微波热修复技术的应用需采取强化措施和节能手段，在保证修复效率的同时减少过程能耗和高温对土壤理化性质的破坏。此外，进一步开发高效节能尾气处理新工艺，提高微波技术在石油污染土壤处理领域的市场竞争能力。
        参考文献：
        ［1］何岱，周婷，袁世斌，等．污染土壤淋洗修复技术研究进展［J］．四川环境，2010，29（5）：103-108，113．
        ［2］沈铁孟，黄国强，李凌，等．石油污染土壤的原位修复［J］．环境科学状态，2000，3（3）：13-15．
        ［3］刘沙沙，陈志良，刘波，等．土壤气相抽提技术修复柴油污染场地示范研究［J］．水土保持学报，2013，27（1）：172-181．
        ［4］陈家桂，黄冠燚，雷蕾，等．初探污染场地的土壤修复工作过程与修复技术［J］．四川环境，2012，31（S1）：122-127．
        ［5］吴昊，孙丽娜，王辉，等．CaO2/Fe2+活化过硫酸钠对石油类污染土壤的修复效果［J］．环境化学，2016，35（4）：623-628．
        ［6］虞敏达，李定龙，王继鹏，等．不同化学氧化剂对氯苯类污染土壤修复效果比较［J］．环境工程学报，2015，9（8）：4075-4082．