典型焦化場地物理化學修復技術研究進展

周若凡，吳艷輝

(山東核電有限公司，山東 海陽 265116)

焦化行業是工業領域的基礎產業，在經濟發展和社會發展中占有舉足輕重的地位。我國是世界上主要的焦炭生產國，2018年我國焦炭產量為 4.38 億t。焦炭是一種重要的固體燃料，其發熱量在26380～31400 kJ/kg之間，主要用于冶煉鋼鐵。在焦炭生產過程中會產生大量含有多環芳烴、氰化物、氟化物、石油烴、重金屬等有毒有害的廢水、廢氣、廢渣，這些“三廢”非法處置會造成焦化場地污染[1]。

從“十一五”起，國內污染場地的調查和修復逐步啟動，環境保護部以及湖南、重慶、江蘇、上海、北京等地陸續發布了規范污染場地環境管理的政策和技術文件。2014 年我國出臺了針對場地調查及修復等的四項國家標準；2016年5月我國出臺頒布了《土壤污染防治行動計劃》“土十條”，進一步加強土壤污染防治，改善土壤環境質量；2018 年 8 月 31 日，我國十三屆全國人大常委會第五次會議全票通過了《中華人民共和國土壤污染防治法》[2]。由此可知，我國對土壤污染的重視程度越來越強。

本文重點探討了我國焦化場地的污染特征、修復技術原理與特點，并探討了各修復技術對焦化污染土壤的修復效果。

1 焦化場地的污染特征分析

2 焦化場地污染土壤的主要修復技術

從現有研究結果可知，焦化場地多環芳烴類、總石油烴等有機污染最為嚴重。目前，焦化場地修復技術主要化學氧化修復技術、化學淋洗修復技術、熱脫附技術等[8]。

2.1 化學氧化修復技術

化學氧化修復技術主要是通過參入土壤中的化學氧化劑與污染物所產生的氧化反應，將污染物快速降解或轉化為低毒、無毒物質。利用化學氧化劑能夠高效產生易于分解有機物的活性氧化自由基，被認為是土壤多環芳烴的有效去除方法[9]。目前常用的氧化劑主要有高錳酸鉀、雙氧水、芬頓(Fenton)試劑及過硫酸鹽等。陳倩等[10]研究了高錳酸鉀、活化過硫酸鈉、改性Fenton試劑、雙氧水等4種化學氧化劑對土壤中多環芳烴的降解效果，其對多環芳烴的降解效率分別為94.06%、82.79%、81.15%和72.91%，說明高錳酸鉀能夠高效、穩定的分解多環芳烴，同時經條件優化后，多環芳烴的去除效率能夠達到95.96%。張揚等[11]研究發現類芬頓、高錳酸鉀、過硫酸鈉3 種氧化體系對多環芳烴均有良好的修復效果。最優實驗因素配比條件下，多環芳烴的去除率均在94%以上。

此外，李森等[12]基于均勻設計研究類芬頓體系對土壤中蒽和芘等多環芳烴的去除效率時發現，以檸檬酸為助劑時，多環芳烴的去除率為83.75%，同時也考察了雙氧水用量、硫酸亞鐵用量、反應溫度、反應時間、水土比等因素對多環芳烴去除效率的影響。張宏玲等[13]研究了鐵、鈷、銀離子活化過硫酸鹽對土壤中芘的去除效率，發現二價鐵離子活化過硫酸鈉降解芘的去除效果為93.4%，二價鈷離子活化過硫酸氫鉀效率可達到97.0%。占升等[14]進一步研究了過氧化氫、過碳酸鈉和過氧化鈣活化過硫酸鈉降解3種多環芳烴的效果，三種藥劑活化過硫酸鈉效果最優為過碳酸鈉，蒽、芘和苯并芘的降解率可達到為96.8%、93.5% 和96.8%。Usman等[15]還發現磁鐵礦能夠活化過硫酸鹽加速多環芳烴的去除效率，培養1周后，16種多環芳烴的降解率為70%～80%。

2.2 化學淋洗修復技術

化學淋洗技術是將化學藥劑加入到土壤中，使其與土壤中污染物發生解吸、螯合、溶解或絡合等物理化學反應，最終形成溶解態的化合物。化學淋洗技術具有工期較短、效率較高、比較徹底、無二次風險等優點，淋洗修復技術的關鍵在于淋洗劑的選擇，淋洗劑主要有強酸(硫酸、鹽酸、硝酸、磷酸等)、人工螯合劑(EDTA、DTPA、HEDTA、EGTA等)、天然有機酸(草酸、醋酸、檸檬酸、蘋果酸等)以及表面活性劑等幾類[17]。此外，化學淋洗技術修復效果還受土壤質地特征、污染物的性質和賦存狀態、液固比、洗脫時間、洗脫次數等因素影響。姚振楠等[18]研究了乙醇、正丙醇、異丙醇等醇類物質菲和苯并[a]芘淋洗效果，最佳條件時菲和苯并[a]芘的去除率可別達到93.05%和86.85%。李爽等[19]研究了TX-100、十二烷基硫酸鈉(SDS)、TW80等表面活性劑對多環芳烴的淋洗修復效果，其中Triton X-100對菲的增溶作用最強，當固液比為1：20，淋洗劑濃度為60 mmol/L，振蕩時間為90 min時，淋洗效果達到最佳。Lemaire等[20]研究發現，天然表面活性劑腐殖酸(HA)比水和合成表面活性劑(如十二烷基硫酸鈉和TX100)更適合用于高分子量多環芳烴污染土壤的淋洗修復。

2.3 熱脫附技術

熱脫附技術是用直接或間接的熱交換，加熱土壤中有機污染組分達到足夠的溫度(一般150～540℃)，使其蒸發并與土壤分離的過程。熱脫附技術有別于焚燒，因其在修復過程中并未對有機物有氧化、降解等破壞作用，而是通過控制熱脫附系統的床溫和物料停留時進而有選擇地使污染物揮發。熱脫附技術可分為低溫熱脫附技術(150～315℃)和高溫熱脫附技術(315～450℃)兩類。趙濤等[21]研發了電加熱回轉窯熱脫附修復土壤中多環芳烴，350℃和500℃時多環芳烴的去除率分別為98. 83%和98. 94%。劉長波等[22]研究了熱脫附技術對焦化場地多環芳烴和汞復合污染的修復效果，發現350℃和500℃下，10～30 min下，污染土壤中多環芳烴和汞均有良好的修復效果。勾立爭等[23]應用熱脫附法修復多環芳烴和汞復合污染土壤，同時考查了不同脫附溫度、保溫時間對修復效果的影響，結果表明，提高反應溫度和保溫時間對多環芳烴和汞有良好的的修復效果。李磊等[24]探究了熱解吸溫度、時間、土壤粒徑等因素對土壤中多環芳烴的修復效率，結果發現，溫度越高、時間越長熱解吸效果越好；同時也發現，土壤粒徑越小，土壤中的多環芳烴熱解吸速率越快。孟祥帥等[25]研究了原位燃氣熱脫附技術對苯和苯并[a]芘等污染物的修復效果，發現污染物的修復效果在99%以上，苯和苯并[a]芘的殘留量低于1.55 mg/kg和0.6 mg/kg，具有良好的修復效果。

3 結語

近年來，隨著國家環保意識的加強及城市的快速發現，越來越多的焦化場地需要進行修復處理，但各類修復技術受到土壤類型、氣候條件、污染程度、施工條件、場地用途等諸多因素影響，污染場地在修復前往往需要修復技術與方案的篩選。本論文總結了我國典型焦化污染場地修復技術以及優缺點，為后續的場地科學開發和合理利用提供參考。