CN101411931A - 一种紫外光照降解土壤中多环芳烃的方法 - Google Patents

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李培军
李雪梅
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Abstract

本发明涉及多环芳烃污染土壤的光降解，具体地说是一种紫外光照降解土壤中多环芳烃的方法，以腐殖酸为敏化剂，将污染土壤与腐殖酸的混合物于器皿中铺平，置于紫外光照箱中进行光照降解，土层厚度0.15－0.5mm，腐殖酸的加入量为3－45mg/kg土壤，光照箱中的光照条件：紫外光照波长为210－365nm，样品距光源5－20cm，光照强度为500－10000μw/cm2，温度为20－38℃，通风控制箱中相对湿度为30－50％，光照时间2－18天。本发明速度快、效率高、易于操作、不产生二次污染。

Description

一种紫外光照降解土壤中多环芳烃的方法
技术领域
本发明涉及多环芳烃污染土壤的光降解，具体地说是一种以腐殖酸为敏化剂紫外光照降解土壤中多环芳烃的方法
背景技术
多环芳烃化合物(PAHs)是环境中普遍存在的一类有机污染物。其来源有两个方面：天然源和人为源。天然源主要是森林和草原大火、火山喷发、植物和微生物的合成，其中高等植物和微生物的合成、火山活动是产生PAHs背景值的主要因子；人为源来自工业生产和加工(如焦碳、碳黑和煤焦油的生产、原油及其衍生物的精炼和分馏等)，以及有机物的不完全燃烧等过程。在人为源中，人为的燃料燃烧是工业发达国家和城市地区PAHs的主要贡献因子，暴露的PAHs给生活在世界发达地区的人们带来了巨大的健康危害。作为环境污染物的PAHs之所以受到人们的关注，首先是因为有些PAHs的致癌、致畸和致突变，其次是由于PAHs稳定、难于降解，在环境中呈不断增加的趋势。采用经济效益和环境效益合理的修复技术治理PAHs污染，越来越多地受到人们的重视。
目前，关于PAHs污染修复技术包括生物修复、物理修复和化学修复。PAHs的生物修复在国内外有很多研究，生物修复有很多优点，同时也存在一些不足，如周期长，条件较难控制等；采用加热和淋洗等物理方法去除，费用高，处理不彻底。近年来，紫外光照射与腐殖酸联合作用的光降解过程已被许多研究成果证明是行之有效和非常有益的降解处理污染物的一门新技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种速度快、效率高、易于操作、不产生二次污染的多环芳烃污染土壤的处理方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种紫外光照降解土壤中多环芳烃的方法，以腐殖酸为敏化剂，将污染土壤与腐殖酸的混合物于器皿中铺平，置于紫外光照箱中进行光照降解，土层厚度0.15-0.5mm，腐殖酸的加入量为3—45mg/kg土壤，光照箱中的光照条件：紫外光照波长为210-365nm，样品距光源5-20cm，光照强度为500-10000μw/cm2，温度为20-38℃，通风控制箱中相对湿度为30-50％，光照时间2-18天。
优化方案为：腐殖酸的加入量为5—40mg/kg土壤，所述紫外光照波长为254-295nm，样品距光源5-15cm，光照强度为1000-3000μw/cm2，温度为28-32℃，通风控制箱中相对湿度为35-40％，光照时间12-15天。
所述紫外光照箱选用的紫外光照主波长最好为254nm、310nm或365nm；所述多环芳烃可为苯并芘、芘或菲，污染土壤中多环芳烃的含量可为10—200mg/kg。
本发明具有如下优点：
1.去除污染物的速度快、效率高。多环芳烃是一类持久性有机物质在自然界完全矿化的时间通常为数百天到数十年，植物完全修复的时间为200天以上。本发明可用于苯并芘、芘和菲等多环芳烃污染的土壤。在没有添加腐殖酸的情况下，多环芳烃的光降解需要35—50天。当土壤中苯并芘、芘和菲的含量为40mg/kg，经过12天光照处理后，苯并芘在四种不同腐殖酸添加浓度条件(5，10，20和40mg/kg)的降解率分别为94.71％、90.02％、97.16％和81.19％；经过15天光照处理后，芘在四种不同腐殖酸添加浓度条件(5，10，20和40mg/kg)的降解率分别为89.27％、85.69％、92.87％和81.33％；经过15天光照处理后，菲在四种不同腐殖酸添加浓度条件(5，10，20和40mg/kg)的降解率分别为93.04％、91.36％、92.87％和85.69％。添加少量的腐殖酸大大加快了多环芳烃的光降解。
2.易于操作。本发明使污染土壤的处理简单，成本低廉。只需将污染土壤进行风干，筛分的简单处理，将少量的腐殖酸与污染土壤进行混合，然后将混合土壤铺于平面的装置放在紫外光源下照射即可。
3.不产生二次污染。本发明属于光化学降解，它往污染土壤中添加的少量半导体，是土壤中本身具有的物质，对土壤不会产生毒害作用，因而不会造成二次污染，是一种环境友好型处理污染土壤的方法。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
实施例1
土样在室内风干，磨碎，过1mm筛，间歇式高压蒸汽灭菌2次(每次半小时，121℃)，加入多环芳烃后，风干备用。
多环芳烃污染土壤的制备：将上述灭菌的土样中按重量体积比1：1比例分别加入多环芳烃的甲醇溶液(1克土：1ml多环芳烃的甲醇溶液)，每1000ml多环芳烃的甲醇溶液中分别含有10mg的苯并芘、芘或菲，置于通风厨24h，污染土壤中多环芳烃的浓度为10mg/kg。
多环芳烃甲醇溶液的配制：准确称取0.01克苯并芘、芘和菲，分别用甲醇定容至1000ml。
将100mg的腐殖酸溶解于2.0ml 0.1mol/l的NaOH中，用蒸馏水稀释至1000ml作为储备液；将储备液以5mg/kg的浓度加入到处理的污染土样中。
称取5g上述土样置于9cm直径的皮氏培养皿中，铺平(土层厚度0.2mm)，置于光照箱中进行降解。在光照箱中照射12—15天，将土壤放入100ml离心管中，加入25ml的二氯甲烷，超声水浴2小时，5000rmp离心5min，过柱，测定混合液中的多环芳烃的含量。
光照箱中的光照条件：紫外光照主波长为254nm，样品距光源15cm，光照强度为1071μw/cm2，温度为30±1℃，相对湿度为35％±2％。
处理效果：经过12天的照射后苯并芘的降解率达到94.71％，经过15天的照射后芘的降解率达到89.27％，菲的降解率达到93.04％。
实施例2
土样在室内风干，磨碎，过1mm筛，然后间歇式高压蒸汽灭菌2次(每次半小时，121℃)，加入多环芳烃后，风干备用。
多环芳烃污染土壤的制备：将上述灭菌的土样中按重量体积比1：1比例分别加入多环芳烃的甲醇溶液(1克土：1ml多环芳烃的甲醇溶液)，每1000ml多环芳烃的甲醇溶液中分别含有40mg的苯并芘、芘或菲，置于通风厨24h，污染土壤中多环芳烃的浓度为40mg/kg。
多环芳烃甲醇溶液的配制：准确称取0.04克苯并芘、芘和菲，分别用甲醇定容至1000ml。
将100mg的腐殖酸溶解于2.0ml 0.1mol/l的NaOH中，用蒸馏水稀释至1000ml作为储备液；将储备液以10mg/kg的浓度加入到污染的土样中。
称取5g上述土样置于9cm直径的皮氏培养皿中，铺平(土层厚度0.3mm)，置于光照箱中进行降解。在光照箱中照射12—15天，将土壤放入100ml离心管中，加入25ml的二氯甲烷，超声水浴2小时，5000rmp离心5min，过柱，测定混合液中的多环芳烃的含量。
光照箱中的光照条件：紫外光照主波长为254nm，样品距光源5cm，光照强度为680μw/cm2，温度为30±1℃，相对湿度为45％±2％。
处理效果：经过12天的照射后苯并芘的降解率达到90.02％，经过15天的照射后芘的降解率达到85.69％，菲的降解率达到91.36％。
实施例3
土样在室内风干，磨碎，过1mm筛，然后间歇式高压蒸汽灭菌2次(每次半小时，121℃)，加入多环芳烃后，风干备用。
多环芳烃污染土壤的制备：将上述灭菌的土样中按1：1比例分别加入多环芳烃的甲醇溶液(1克土：1ml多环芳烃的甲醇溶液)，分别加入40mg/1000ml的苯并芘、芘和菲，置于通风厨24h，污染土壤中多环芳烃的浓度为40mg/kg。
多环芳烃甲醇溶液的配制：准确称取0.04克苯并芘、芘和菲，分别用甲醇定容至1000ml。
将100mg的腐殖酸溶解于2.0ml 0.1mol/l的NaOH中，用蒸馏水稀释至1000ml作为储备液；将储备液以20mg/kg的浓度加入到污染的土样中。
称取5g上述土样置于9cm直径的皮氏培养皿中，铺平(土层厚度0.4mm)，置于光照箱中进行降解。在光照箱中照射12—15天，将土壤放入100ml离心管中，加入25ml的二氯甲烷，超声水浴2小时，5000rmp离心5min，过柱，测定混合液中的多环芳烃的含量。
光照箱中的光照条件：紫外光照主波长为365nm，样品距光源20cm，光照强度为9480μw/cm2，温度为20±1℃，相对湿度为30％±2％。
处理效果：经过12天的照射后苯并芘的降解率达到97.16％，经过15天的照射后芘的降解率达到92.87％，菲的降解率达到94.62％。
实施例4
土样在室内风干，磨碎，过1mm筛，然后间歇式高压蒸汽灭菌2次(每次半小时，121℃)，加入多环芳烃后，风干备用。
多环芳烃污染土壤的制备：将上述灭菌的土样中按重量体积比1：1比例分别加入多环芳烃的甲醇溶液(1克土：1ml多环芳烃的甲醇溶液)，每1000ml多环芳烃的甲醇溶液中分别含有200mg的苯并芘、芘或菲，置于通风厨24h，污染土壤中多环芳烃的浓度为200mg/kg。
多环芳烃甲醇溶液的配制：准确称取0.2克苯并芘、芘和菲，分别用甲醇定容至1000ml。
将100mg的腐殖酸溶解于2.0ml 0.1mol/l的NaOH中，用蒸馏水稀释至1000ml作为储备液；将储备液以40mg/kg的浓度加入到污染的土样中。
称取5g上述土样置于9cm直径的皮氏培养皿中，铺平(土层厚度0.5mm)，置于光照箱中进行降解。在光照箱中照射12—15天，将土壤放入100ml离心管中，加入25ml的二氯甲烷，超声水浴2小时，5000rmp离心5min，过柱，测定混合液中的多环芳烃的含量。
光照箱中的光照条件：紫外光照主波长为310nm，样品距光源15cm，光照强度为3000μw/cm2，温度为35±1℃，相对湿度为45％±2％。
处理效果：经过12天的照射后苯并芘的降解率达到81.19％，经过15天的照射后芘的降解率达到81.33％，菲的降解率达到85.69％。

Claims (5)

1.一种紫外光照降解土壤中多环芳烃的方法，其特征在于：以腐殖酸为敏化剂，将污染土壤与腐殖酸的混合物于器皿中铺平，置于紫外光照箱中进行光照降解，土层厚度0.15-0.5mm，腐殖酸的加入量为3—45mg/kg土壤，光照箱中的光照条件：紫外光照波长为210-365nm，样品距光源5-20cm，光照强度为500-10000μw/cm2，温度为20-38℃，通风控制箱中相对湿度为30-50％，光照时间2-18天。
2.按照权利要求1所述方法，其特征在于：腐殖酸的加入量为5—40mg/kg土壤，所述紫外光照波长为254-295nm，样品距光源5-15cm，光照强度为1000-3000μw/cm2，温度为28-32℃，通风控制箱中相对湿度为35-40％，光照时间12-15天。
3.按照权利要求1所述方法，其特征在于：所述紫外光照箱选用的紫外光照主波长为254nm、310nm或365nm。
4.按照权利要求1所述方法，其特征在于：所述多环芳烃为苯并芘、芘或菲。
5.按照权利要求1所述方法，其特征在于：所述污染土壤中多环芳烃的含量为10—200mg/kg。
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