多環芳烴污染土壤化學氧化修復及案例研究

付奕舒

(上海傲江生態環境科技有限公司，上海 200120)

1 引言

多環芳烴(polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs)分子中含有兩個或兩個以上苯環，是有機物不完全燃燒時產生的揮發性碳氫化合物。PAHs是一種持久性有機污染物，數量大，廣泛分布于環境中。PAHs對人類危害大，其中多種多環芳烴已被鑒定出具有致癌性[1]。

PAHs污染的來源包括化石燃料的燃燒、顆粒沉降、工業工藝過程、泄露事故等[2～4]。如何從環境中去除或降解PAHs污染物一直是環境領域關注的熱點話題之一。PAHs可通過多種途徑得以降解或代謝，包括溶劑抽提、微生物修復、植物修復、光催化降解、化學氧化、焚燒、熱脫附等[5]。其中化學氧化在PAHs的分解、轉化過程中占有重要的地位。化學氧化技術具有修復效果可靠、快速、徹底、成本較低等優點，在國內外已經形成了較完善的技術體系，應用廣泛。常用的氧化劑包括高錳酸鉀(KMnO4)、Fenton試劑、過氧化氫(H2O2)、過硫酸鈉(Na2S2O8)、和臭氧(O3)等。本文將著重介紹PAHs污染土壤化學氧化修復技術，以及其工程實踐案例，為有機污染土壤修復技術提供借鑒和參考。

2 化學氧化技術

化學氧化修復技術是通過向污染土壤中加入氧化劑，然后用設備進行攪拌混合，利用氧化劑本身或所產生的自由基氧化污染物，使污染物轉變為二氧化碳、水等無害的或毒性更小的物質，從而達到修復污染場地的目的。化學氧化處理技術具有處理時間短、效果好，費用較低等優點。

異位化學氧化是通過清挖，在攪拌設備中將化學氧化劑與土壤混合均勻。異位化學氧化適用于有機污染土壤。其中，化學氧化可處理酚類、苯類、石油烴、含氯有機溶劑、多環芳烴、農藥等大部分有機物；異位化學氧化不適用于重金屬污染土壤的修復，對于吸附性強、水溶性差的有機污染物應考慮必要的增溶、脫附方式。

該技術的關鍵在于氧化劑的選擇以及土壤性質。不同氧化劑與污染物反應會產生不同的中間產物，需要注意避免中間產物造成的二次污染。另外，土壤性質對污染物的去除有很大的影響，需要通過一定的預處理手段使土壤性質達到氧化劑與污染物充分反應的最佳條件。

3 多環芳烴污染土壤修復案例研究

3.1 項目概況

該項目為化工廠，場地占地面積約8萬m2。該廠主要生產油漆、涂料等有機產品。從建廠至今一直作為工業用地，2012年停產搬遷。根據場地的要用地規劃，未來將用作居住用地。經場地污染調查與評估，發現場地土壤存在苯并[a]芘、苯并[a]蒽、苯并[b]熒蒽、茚并[1,2,3-,cd]芘、二苯并[a,h]蒽等PAHs污染，土壤污染情況見表1。PAHs污染土壤方量約1.0萬m3，修復后需達到當地環保部門要求。

表1 場地土壤污染情況

3.2 施工方法

場地PAHs污染土壤采用異位化學氧化的方式進行修復，修復工藝主要包括污染土壤預處理、加藥篩分化學氧化處理、土壤養護、檢測驗收、土壤回填等工藝。

(1)土壤挖掘與預處理：將各個區域內污染土壤分層進行清挖，清挖進度結合污染土壤處理進度進行。采用機械設備將污染土壤中的建筑垃圾篩分出來，并將大塊土壤破碎，降低土壤粒徑，以便于后續土壤和修復藥劑混合充分。

(2)污染土壤處置：將配置好的氧化藥劑采用采用土壤篩分破碎設備實現藥劑與土壤有效混合和攪拌。該設備能同時實現篩分、破碎、混合等功能。

(3)污染土壤養護：處理完畢后的土壤使用挖掘機轉移至土壤養護區，進行堆放養護。養護時土壤含水率應>30%，養護天數為3～5 d。

(4)修復后修復自檢：每批次污染土壤養護完成后，按每500 m3的污染土壤為一個樣品取樣對修復后土壤進行檢測，自檢未達標土壤進行二次加藥修復。檢驗合格的土壤申請第三方驗收，并做好相應的記錄。

3.3 主要工藝參數

根據現場中試情況，確定場地地塊1#和2# PAHs污染土壤修復工藝參數如表2所示。

表2 氧化劑投加參數

3.4 污染土壤修復施工

3.4.1 污染土壤清挖轉運

本場地土壤表面有雜草及混凝土板、路面，需用挖掘機進行破碎清理后集中堆放，等待合法外運。根據場地污染土壤清挖總體部署，分區分批次進行清挖。本場地污染區域分為地塊1#和地塊2#，修復深度分別為3 m和2 m。考慮現場情況挖掘機在基坑上依次后退開挖作業，對需要保護的道路等設施，最后開挖沿線土壤，以減少該側基坑暴露時間。對于清挖深度為1～3 m的基坑，考慮以一定的比例進行自然放坡的支護方式。對于深度大于或等于2 m的基坑，需做好基坑安全防護欄。清挖后土壤的運輸采用密閉渣土車，渣土車全部實行帆布軟加蓋密閉運輸，運輸至密閉的修復車間進行暫存，等待修復。

3.4.2 污染土壤預處理

由于污染土壤加藥混合攪拌設備對入料的粒徑與含水率有嚴格要求，大顆粒雜物如混凝土塊、石塊、磚塊等可能會導致設備轉動部件損壞或堵塞。因此使用專業篩分混合設備對污染土壤進行預處理，篩分出的建筑垃圾需單獨堆存，等待高壓泵沖洗。土壤經破碎篩分后，粒徑可降至50 mm以下，然后單獨堆存等待處置(圖1)。

3.4.3 化學氧化修復

根據施工工藝參數，在污染土壤中依次添加適量的活化劑和氧化劑。現場施工中，將污染土壤平鋪成1m厚度的長方形土體，等待加藥。活化劑為粉狀采用挖掘機鋪灑在土壤表面，氧化劑配成液體噴灑加入。使用專業篩分混合設備將污染土壤與氧化藥劑充分混合。

3.4.4 土壤養護及自檢

處理完畢后的土壤轉運至土壤暫存區，進行暫存養護，養護時含水率應大于30%。養護時間3～7 d。養護完成后的土壤進行取樣，并請第三方檢測機構檢測，若檢測結果滿足修復目標值的要求，則根據施工現場需求，申請驗收。

圖1 建筑垃圾篩分

3.5 修復結果

現場修復工程完成后，第三方檢測機構對修復后的土壤進行采樣并檢測評估。地塊1#和2# PAHs污染土壤修復后采集樣品送檢，樣品經檢測分析后，其指標見表3。

表3 修復后土壤中目標污染物檢測值

地塊1#和2#土壤污染程度分別為中度污染和輕度污染。在現場修復施工中，通過加入適量的活化劑及氧化劑，充分攪拌混合后，2個地塊土壤中的PAHs污染物均降至修復目標以下。經第三方檢測機構取樣檢測評估，修復的PAHs污染土壤目標污染物總體達到了修復目標，修復達標。