等離子體修復(fù)方法在土壤污染治理中的應(yīng)用要點

王端端，李婷婷

1.山東九思環(huán)保工程有限公司濟寧分公司；2.山東公用環(huán)保集團有限公司

在工業(yè)化進程中，由于污染物的隨意排放，會導(dǎo)致土壤污染問題加劇，不僅會給自然生態(tài)系統(tǒng)帶來較大的壓力，而且也會威脅人類生存。在可持續(xù)發(fā)展背景下，應(yīng)該以土壤污染的治理為重點，確保生態(tài)環(huán)境質(zhì)量達到標(biāo)準(zhǔn)要求，以落實節(jié)能環(huán)保的理念要求。隨著污染物排放類型和數(shù)量的增多，也給治理工作造成了較大的難度，如果依舊沿用傳統(tǒng)治理技術(shù)和工藝，不僅會降低實踐工作效率，而且難以對有害物質(zhì)的濃度加以針對性掌控，存在較大的環(huán)境風(fēng)險。等離子體修復(fù)方法可以充分發(fā)揮等離子體的氧化作用，實現(xiàn)各類污染物的有效分解及處理，具有高效性和環(huán)保性等特點。應(yīng)該結(jié)合當(dāng)前土壤污染治理的實際需求，對等離子體修復(fù)方法加以逐步完善和改進，以提高使用效果。

一、土壤污染治理的現(xiàn)狀

物理法、化學(xué)法和生物法，是當(dāng)前土壤污染治理中的常用技術(shù)方法。其中，在采用物理法修復(fù)土壤時，往往需要進行加熱處理，隨著溫度的升高，污染物會發(fā)生解析和揮發(fā)，尤其是對于氯代物和揮發(fā)性有機物的處理效果較好。在應(yīng)用物理修復(fù)方法時一般會適當(dāng)結(jié)合化學(xué)修復(fù)方法，能夠使污染問題得到快速解決。然而，物理法的適用性較差，通常應(yīng)用于小規(guī)模污染土壤的治理中，隨著治理范圍的增大會遇到較多的困難，而且治理成本也會隨之上升。化學(xué)法也是處理土壤污染的基本技術(shù)手段，通過對受污染土壤進行淋洗處理，控制污染物的濃度[1]。脫附作用和溶解作用是化學(xué)修復(fù)過程中發(fā)生的基本反應(yīng)，通常會選擇絡(luò)合劑和酸堿液等作為淋洗試劑，在氧化還原作用下能夠降低污染物的毒性，避免出現(xiàn)大規(guī)模的擴散現(xiàn)象。然而，化學(xué)處理法也會造成二次污染的問題，因此處理效果有待提升。生物法則主要是通過植物和微生物作用降解污染物，具有良好的生態(tài)性和經(jīng)濟性特點，但是處理周期相對較長，無法滿足當(dāng)前土壤治理的緊迫需求。

二、等離子體修復(fù)方法的原理及特點

相較于傳統(tǒng)修復(fù)技術(shù)手段而言，等離子體修復(fù)方法更具高效性和科學(xué)性，能夠解決傳統(tǒng)修復(fù)與治理工作中的局限性問題。尤其是多種先進技術(shù)手段的應(yīng)用，使得脈沖放電等離子體技術(shù)的成熟度逐漸提高，是氧化處理領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)，最早應(yīng)用于大氣污染治理和水污染治理工作當(dāng)中，近年來在土壤污染治理中的應(yīng)用越來越普遍，能夠取得良好的治理成效[2]。針對液相和氣相當(dāng)中的有機污染物，能夠通過等離子體修復(fù)方法加以處理，加快整體氧化速率。尤其是隨著氧化活性粒子的增多，會增強整體降解效果，在H2O2和·OH作用下分解有機污染物。脈沖放電等離子體修復(fù)技術(shù)，可以提高處理效率，而且該技術(shù)具有良好的適用性，在處理土壤污染物時不會產(chǎn)生較多的廢氣和廢水等，因此解決了傳統(tǒng)修復(fù)技術(shù)中的二次污染問題，具有良好的環(huán)保性特點。然而，由于在修復(fù)中會用到較多的設(shè)備，因此成本相對較高。在未來技術(shù)創(chuàng)新及發(fā)展中，應(yīng)該以提質(zhì)增效為基本目標(biāo)，控制等離子體技術(shù)的應(yīng)用成本，使其更具經(jīng)濟性，增強污染土壤治理工作的生態(tài)效益及經(jīng)濟效益[3]。

三、等離子體修復(fù)方法在土壤污染治理中的應(yīng)用要點

（一）等離子體和土壤的作用

化學(xué)活性離子是由于等離子體放電所產(chǎn)生，其類型豐富，包括了·OH自由基、高能電子和氮氧化物、O3等。當(dāng)土壤中的有機物含量較高時，可以充分發(fā)揮O3的作用，從而起到良好的降解效果，除了能夠直接氧化外，也能夠截止于O3激發(fā)活動物質(zhì)，在反應(yīng)過程中形成·OH自由基，對于污染物的氧化作用較強。在近年來的土壤污染當(dāng)中，酚類污染問題逐漸增多，針對土壤中大量存在的酚類分子，借助于H2O2無法進行直接氧化處理，因此可以運用等離子體修復(fù)技術(shù)激發(fā)其活性，實現(xiàn)對土壤中各類有機物的有效處理，特別是大量·OH自由基的生成，在促降解方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[4]。在受污染土壤中釋放大量的等離子體，能夠與土壤中的污染物產(chǎn)生多種反應(yīng)，隨著N2+和激發(fā)態(tài)物質(zhì)的增多，能夠加快污染物的降解速率。多種活性物質(zhì)會由于等離子體的放電而產(chǎn)生，在不斷擴散過程中作用于土壤當(dāng)中的污染物，起到控制污染物濃度的效果。此外，在氣相和固相當(dāng)中，放電物質(zhì)的傳質(zhì)作用得到激發(fā)，從而提高污染物的降解速度。如果土壤當(dāng)中存在較多的有機質(zhì)，則臭氧的傳輸會遇到困難，隨著土壤pH值的升高，臭氧的傳輸作用也會逐漸下降。在金屬氧化物的作用下，能夠快速分解土壤中的臭氧，防止臭氧的大面積擴散，因此能夠?qū)ζ渑c污染物的反應(yīng)形成有效抑制，這也是控制土壤污染的主要途徑。

土壤修復(fù)效果受到目標(biāo)污染物和活性離子反應(yīng)作用的影響，尤其是當(dāng)有機分子的揮發(fā)性較強時，應(yīng)該加強對反應(yīng)過程的控制，從而提高降解效果。在多種氣流作用下，氣相當(dāng)中會出現(xiàn)較多有機物，會受到氣相活性物質(zhì)的作用加以降解。同時，在土壤當(dāng)中的有機物不會隨之揮發(fā)，需要在土壤表面進行反應(yīng)。因此，需要使活性物質(zhì)和有機物進行充分結(jié)合，起到良好的氧化降解效果。TOC濃度會在持續(xù)放電作用中而逐步降低，尤其是當(dāng)濃度較高時，降解速度也會相應(yīng)加快。在運用等離子體處理污染土壤時，首先需要對難揮發(fā)有機物進行處理，使其以小分子有機物的狀態(tài)存在，通過進一步降解生成水和二氧化碳等物質(zhì)，不會對土壤造成污染。

（二）土壤中有機物的降解

運用等離子體技術(shù)降解土壤當(dāng)中的有機物，需要反應(yīng)器的性能更加優(yōu)越，以促進土壤修復(fù)效率的提升。應(yīng)該從結(jié)構(gòu)參數(shù)和電氣參數(shù)等方面入手加以逐步改進，此外在五氯酚污染土壤和硝基苯酚污染土壤的治理當(dāng)中，脈沖電暈放電修復(fù)技術(shù)也得到廣泛應(yīng)用。脈沖電暈放電等離子體修復(fù)體系如圖1所示。在降解污染土壤當(dāng)中的五氯酚時，需要充分發(fā)揮·OH自由基的作用，利用其活性特點對薄弱經(jīng)基鄰位和對位加以鎖定，在反應(yīng)過程中形成經(jīng)基化中間產(chǎn)物，同時也會出現(xiàn)分子脫氯的情況，能夠?qū)ν寥乐械某粞踹M行氧化處理。苯環(huán)結(jié)構(gòu)會隨之發(fā)生較大的變化，在小分子有機酸的分解中生成水和二氧化碳等無害物質(zhì)[5]。在處理硝基苯酚污染土壤時，硝基和羥基共同存在于苯環(huán)當(dāng)中，受到活性物質(zhì)的作用，對·OH自由基的對位和鄰位進行攻擊，在歧化作用下生成較多地對苯醌和對苯二醌等。環(huán)加成反應(yīng)也是在處理硝基苯酚污染土壤時的主要反應(yīng)，主要發(fā)生在硝基苯酚和臭氧之間。在某治理項目當(dāng)中，運用單獨等離子體修復(fù)技術(shù)對土壤進行修復(fù)處理，當(dāng)處理時間分別為15min、30min、45min和60min時，污染物的降解率分別為32.9%、42.1%、48.8%和56.9%；運用聯(lián)合等離子體修復(fù)技術(shù)對土壤進行修復(fù)處理，當(dāng)處理時間分別為15min、30min、45min和60min時，污染物的降解率分別為35.2%、49.6%、55.3%和62.9%[6]。因此，相較于單獨等離子體修復(fù)技術(shù)而言，運用聯(lián)合等離子體修復(fù)技術(shù)可以有效提高降解率。

圖1 脈沖電暈放電等離子體修復(fù)體系

四、結(jié)語

土壤污染問題已經(jīng)成為當(dāng)前社會發(fā)展中面臨的主要環(huán)境問題，傳統(tǒng)修復(fù)技術(shù)難以滿足實踐工作要求，應(yīng)該充分發(fā)揮等離子體修復(fù)方法的作用，提高治理工作效率，促進污染物講解效率的提升，以防止對自然環(huán)境造成嚴重破壞。等離子體修復(fù)方法具有良好的高效性、環(huán)保性和便捷性特點，因此受到業(yè)內(nèi)人士的廣泛歡迎。在實際使用過程中，應(yīng)該明確等離子體與土壤污染物的作用機理，掌握技術(shù)應(yīng)用的要點及難點，從而提高整體修復(fù)及治理水平。