多环芳烃污染土壤化学氧化修复及案例研究

付奕舒

(上海傲江生态环境科技有限公司，上海 200120)

1 引言

多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs)分子中含有两个或两个以上苯环，是有机物不完全燃烧时产生的挥发性碳氢化合物。PAHs是一种持久性有机污染物，数量大，广泛分布于环境中。PAHs对人类危害大，其中多种多环芳烃已被鉴定出具有致癌性[1]。

PAHs污染的来源包括化石燃料的燃烧、颗粒沉降、工业工艺过程、泄露事故等[2～4]。如何从环境中去除或降解PAHs污染物一直是环境领域关注的热点话题之一。PAHs可通过多种途径得以降解或代谢，包括溶剂抽提、微生物修复、植物修复、光催化降解、化学氧化、焚烧、热脱附等[5]。其中化学氧化在PAHs的分解、转化过程中占有重要的地位。化学氧化技术具有修复效果可靠、快速、彻底、成本较低等优点，在国内外已经形成了较完善的技术体系，应用广泛。常用的氧化剂包括高锰酸钾(KMnO4)、Fenton试剂、过氧化氢(H2O2)、过硫酸钠(Na2S2O8)、和臭氧(O3)等。本文将着重介绍PAHs污染土壤化学氧化修复技术，以及其工程实践案例，为有机污染土壤修复技术提供借鉴和参考。

2 化学氧化技术

化学氧化修复技术是通过向污染土壤中加入氧化剂，然后用设备进行搅拌混合，利用氧化剂本身或所产生的自由基氧化污染物，使污染物转变为二氧化碳、水等无害的或毒性更小的物质，从而达到修复污染场地的目的。化学氧化处理技术具有处理时间短、效果好，费用较低等优点。

异位化学氧化是通过清挖，在搅拌设备中将化学氧化剂与土壤混合均匀。异位化学氧化适用于有机污染土壤。其中，化学氧化可处理酚类、苯类、石油烃、含氯有机溶剂、多环芳烃、农药等大部分有机物；异位化学氧化不适用于重金属污染土壤的修复，对于吸附性强、水溶性差的有机污染物应考虑必要的增溶、脱附方式。

该技术的关键在于氧化剂的选择以及土壤性质。不同氧化剂与污染物反应会产生不同的中间产物，需要注意避免中间产物造成的二次污染。另外，土壤性质对污染物的去除有很大的影响，需要通过一定的预处理手段使土壤性质达到氧化剂与污染物充分反应的最佳条件。

3 多环芳烃污染土壤修复案例研究

3.1 项目概况

该项目为化工厂，场地占地面积约8万m2。该厂主要生产油漆、涂料等有机产品。从建厂至今一直作为工业用地，2012年停产搬迁。根据场地的要用地规划，未来将用作居住用地。经场地污染调查与评估，发现场地土壤存在苯并[a]芘、苯并[a]蒽、苯并[b]荧蒽、茚并[1,2,3-,cd]芘、二苯并[a,h]蒽等PAHs污染，土壤污染情况见表1。PAHs污染土壤方量约1.0万m3，修复后需达到当地环保部门要求。

表1 场地土壤污染情况

3.2 施工方法

场地PAHs污染土壤采用异位化学氧化的方式进行修复，修复工艺主要包括污染土壤预处理、加药筛分化学氧化处理、土壤养护、检测验收、土壤回填等工艺。

(1)土壤挖掘与预处理：将各个区域内污染土壤分层进行清挖，清挖进度结合污染土壤处理进度进行。采用机械设备将污染土壤中的建筑垃圾筛分出来，并将大块土壤破碎，降低土壤粒径，以便于后续土壤和修复药剂混合充分。

(2)污染土壤处置：将配置好的氧化药剂采用采用土壤筛分破碎设备实现药剂与土壤有效混合和搅拌。该设备能同时实现筛分、破碎、混合等功能。

(3)污染土壤养护：处理完毕后的土壤使用挖掘机转移至土壤养护区，进行堆放养护。养护时土壤含水率应>30%，养护天数为3～5 d。

(4)修复后修复自检：每批次污染土壤养护完成后，按每500 m3的污染土壤为一个样品取样对修复后土壤进行检测，自检未达标土壤进行二次加药修复。检验合格的土壤申请第三方验收，并做好相应的记录。

3.3 主要工艺参数

根据现场中试情况，确定场地地块1#和2# PAHs污染土壤修复工艺参数如表2所示。

表2 氧化剂投加参数

3.4 污染土壤修复施工

3.4.1 污染土壤清挖转运

本场地土壤表面有杂草及混凝土板、路面，需用挖掘机进行破碎清理后集中堆放，等待合法外运。根据场地污染土壤清挖总体部署，分区分批次进行清挖。本场地污染区域分为地块1#和地块2#，修复深度分别为3 m和2 m。考虑现场情况挖掘机在基坑上依次后退开挖作业，对需要保护的道路等设施，最后开挖沿线土壤，以减少该侧基坑暴露时间。对于清挖深度为1～3 m的基坑，考虑以一定的比例进行自然放坡的支护方式。对于深度大于或等于2 m的基坑，需做好基坑安全防护栏。清挖后土壤的运输采用密闭渣土车，渣土车全部实行帆布软加盖密闭运输，运输至密闭的修复车间进行暂存，等待修复。

3.4.2 污染土壤预处理

由于污染土壤加药混合搅拌设备对入料的粒径与含水率有严格要求，大颗粒杂物如混凝土块、石块、砖块等可能会导致设备转动部件损坏或堵塞。因此使用专业筛分混合设备对污染土壤进行预处理，筛分出的建筑垃圾需单独堆存，等待高压泵冲洗。土壤经破碎筛分后，粒径可降至50 mm以下，然后单独堆存等待处置(图1)。

3.4.3 化学氧化修复

根据施工工艺参数，在污染土壤中依次添加适量的活化剂和氧化剂。现场施工中，将污染土壤平铺成1m厚度的长方形土体，等待加药。活化剂为粉状采用挖掘机铺洒在土壤表面，氧化剂配成液体喷洒加入。使用专业筛分混合设备将污染土壤与氧化药剂充分混合。

3.4.4 土壤养护及自检

处理完毕后的土壤转运至土壤暂存区，进行暂存养护，养护时含水率应大于30%。养护时间3～7 d。养护完成后的土壤进行取样，并请第三方检测机构检测，若检测结果满足修复目标值的要求，则根据施工现场需求，申请验收。

图1 建筑垃圾筛分

3.5 修复结果

现场修复工程完成后，第三方检测机构对修复后的土壤进行采样并检测评估。地块1#和2# PAHs污染土壤修复后采集样品送检，样品经检测分析后，其指标见表3。

表3 修复后土壤中目标污染物检测值

地块1#和2#土壤污染程度分别为中度污染和轻度污染。在现场修复施工中，通过加入适量的活化剂及氧化剂，充分搅拌混合后，2个地块土壤中的PAHs污染物均降至修复目标以下。经第三方检测机构取样检测评估，修复的PAHs污染土壤目标污染物总体达到了修复目标，修复达标。