石油烃(TPH)是工业污染场地中最常见的污染物。随着碳链长度增加,其水溶性和生物可利用性骤降。老旧炼油厂土壤中,通常以C21-C40的高分子量链烷烃和多环芳烃占主导。传统的化学氧化技术,如芬顿和活化过硫酸盐,虽然对轻质组分有效,但往往难以接触到这些被吸附在土壤有机质深层的“老油”。碱活化过硫酸钠是一种可以在常温下产生硫酸根自由基和羟基自由基的氧化体系。铁碳微电解则是利用铁和碳的原电池效应,在酸性或中性条件下产生大量具有还原性的[H]和Fe²⁺。本研究的出发点在于,将这两者联用,用铁碳微电解先期对土壤中的氧化性环境进行扰动,促进污染物的解吸,并为过硫酸盐提供亚铁离子活化剂,从而形成一种化学氧化-还原耦合的强化修复体系。
批次实验以实际场地污染土壤(TPH约12000mg/kg)为对象。结果表明,单独碱活化过硫酸盐对TPH的去除率仅为55%,且主要去除的是短链烷烃。单独铁碳微电解的效果甚微(<15%)。而“铁碳微电解+碱活化过硫酸盐”联合工艺,在投加过硫酸钠为土壤质量的3%、碱/过硫酸盐摩尔比为1:1、铁碳质量比为3:1、水土比为3:1的最优条件下,反应7天后,土壤中TPH的去除率高达82%,其中最难处理的高分子量C21-C40组分的去除率也达到了70%。机理分析认为,铁碳微电解产生的[H]和Fe²⁺催化了过硫酸盐的分解,并在微电解产生的局部酸性环境中,促进了过硫酸盐向石油烃的传质。
在场地原位注入中试中,采用单泵循环注入法,将配好的氧化剂溶液和铁碳粉末浆液通过注药井注入地下。经过60天的修复期,土壤中TPH的浓度降至1800mg/kg以下,达到了修复目标值。修复后的土壤微生物群落分析显示,其多样性有所恢复,表明联合修复对土壤生物生态系统的冲击在可接受范围内。该研究证实,碱活化过硫酸盐-铁碳微电解联合体系,能有效激发高活性自由基,并破解“老油”的传质障碍,是一种适用于老化石油烃污染场地的高效原位修复技术。
标签: