CN110079322A - 一种多环芳烃污染土壤处理配方和方法及用途 - Google Patents

一种多环芳烃污染土壤处理配方和方法及用途 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多环芳烃污染土壤处理配方和方法及用途，一种多环芳烃污染土壤处理配方，包括以下成分及其配比：含量为10 wt%的KMnO4溶液和水，KMnO4溶液质量和待处理多环芳烃污染土壤质量比例为0.8:100‑1.2:100，加入的水量确保待处理多环芳烃污染土壤含水率为35‑45%。本发明使用较为常规的高锰酸钾作为氧化药剂，便于采购，配置及使用，通过该方法处理后多环芳烃被氧化成为其他无毒害的物质，是一种较为有效和环保的多环芳烃污染土壤治理方法，相比其他方法，效果更好。

Description

一种多环芳烃污染土壤处理配方和方法及用途
技术领域
本发明属于多环芳烃污染土壤处理技术领域，涉及一种多环芳烃污染土壤处理配方和方法及用途。
背景技术
多环芳烃主要是指分子中含有两个以上苯环的碳氢化合物，包括萘、蒽、菲、芘等150余种化合物。有些多环芳烃还含有氮、硫和环戊烷，常见的具有致癌作用的多环芳烃多为四到六环的稠环化合物。
国际癌症研究中心(IARC)(1976年)列出的94种对实验动物致癌的化合物，其中15种属于多环芳烃，由于苯并[α]芘是第一个被发现的环境化学致癌物，而且致癌性很强，故常以苯并[α]芘作为多环芳的代表，它占全部致癌性多环芳烃1％-20％。
近年来，由于化工、造纸、制药等企业的污染排放或关停搬迁，造成了大量的多环芳烃污染场地。多环芳烃是一类广泛存在于环境中的持久性有机污染物，由两个或两个以上苯环以共有环边的形式形成，包括萘、菲、芘、苯并[a]芘等500多种化合物。尤其是在污染场地的土壤中，多环芳烃的存在时间非常长，而且容易通过水和大气的流动迁移，从而造成污染的扩散，危害周围人群的身体健康。而且在土壤修复的过程中，多环芳烃难挥发，不易从土壤中分离，而且分离之后也存在二次污染的风险，对污染治理工程的施工人员以及周围人群均有较大的危害。
在我国，苯并[a]芘也作为环境指标被纳入《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)、《环境空气质量标准》(GB3095-2012)以及《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618-2018)，苯并[a]蒽、苯并[a] 芘等8种PAHs被纳入《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》 (GB 36600-2018)，萘、菲等14种PAHs被纳入《展览会用地土壤环境质量评价标准(暂行)》(GB 350-2017)。
由于多环芳烃具有强烈的憎水性，生物可利用性低，且具有潜在的致畸、致癌、致突变效应，这些化合物很容易在土壤和沉积物中累积并通过食物链富集，从而严重危害环境中生物的生存繁殖和人类健康，因而其污染问题备受国际关注。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种多环芳烃污染土壤处理配方和方法及用途，以解决现有技术中存在的问题。
本发明采取的技术方案为：一种多环芳烃污染土壤处理配方，包括以下成分及其配比：含量为10wt％的KMnO4溶液和水，KMnO4溶液质量和待处理多环芳烃污染土壤质量比例为0.8:100-1.2:100，加入的水量确保土壤含水率为35-45％。
一种多环芳烃污染土壤处理配方的处理方法，该方法包括以下步骤：
(1)配制KMnO4含量为10wt％的高锰酸钾悬浊液；
(2)待处理多环芳烃污染土壤经过初步破碎和筛分处理，去除大粒径的石块和其他杂物(植物残枝，杂草、垃圾等)，待处理多环芳烃污染土壤粒径不超过20mm，根据待处理多环芳烃污染土壤质量加入步骤(1)中高锰酸钾悬浊液，KMnO4溶液质量和待处理多环芳烃污染土壤质量比例为0.8:100-1.2:100；
(3)根据土壤初始含水率确定加水量，使待处理多环芳烃污染土壤最终含水率约35-45％；
(4)机械搅拌5–15min，使高锰酸钾悬浊液与待处理多环芳烃污染土壤充分混合；
(5)氧化处理后土壤自然养护2天。
一种多环芳烃污染土壤处理配方的用途，用于多环芳烃污染土壤的氧化处理，多环芳烃中苯并[a]蒽小于2mg/kg、苯并[a]芘小于1mg/kg、茚并[1,2,3-cd] 芘小于1mg/kg。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明使用较为常规的高锰酸钾作为氧化药剂，便于采购，配置及使用，通过该方法处理后多环芳烃被氧化成为其他无毒害的物质，是一种较为有效和环保的多环芳烃污染土壤治理方法，相比其他方法，效果更好，主要体现在价格能够降低30％左右，养护时间能够缩短1/3，处理效果更好，高锰酸钾对多环芳烃污染土壤中的苯并[a]蒽、苯并[a]芘和茚并[1,2,3-cd]芘的去除率达到96％、97％、97％，而且对土壤pH 影响不大。
附图说明
图1为过硫酸盐法、高锰酸盐法和芬顿试剂法的氧化处理效果比较图；
图2为未活化、碱活化和铁活化过硫酸盐法的氧化处理效果比较图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对发明进行进一步介绍。
实施例1：一种多环芳烃污染土壤处理配方，包括以下成分及其配比：含量为10wt％的KMnO4溶液和水，待处理多环芳烃污染土壤为100kg，KMnO4溶液质量为0.8kg，加入的水量确保待处理多环芳烃污染土壤含水率为 35-45％。
使用该种多环芳烃污染土壤处理配方的处理方法，该方法包括以下步骤：
(1)配制KMnO4含量为10wt％的高锰酸钾悬浊液；
(2)根据待处理多环芳烃污染土壤质量加入步骤(1)中高锰酸钾悬浊液，控制最终高锰酸钾悬浊液质量为0.8kg；
(3)根据土壤初始含水率确定加水量，使待处理多环芳烃污染土壤最终含水率约35-45％；
(4)机械搅拌5–15min，使高锰酸钾悬浊液与待处理多环芳烃污染土壤充分混合；
(5)氧化处理后土壤自然养护2天。
上述多环芳烃污染土壤处理配方的用途，用于多环芳烃污染土壤的氧化处理，多环芳烃中苯并[a]蒽小于2mg/kg、苯并[a]芘小于1mg/kg、茚并[1,2,3-cd] 芘小于1mg/kg，处理效果显著。
实施例2：一种多环芳烃污染土壤处理配方，包括以下成分及其配比：含量为10wt％的KMnO4溶液和水，待处理多环芳烃污染土壤为100kg，KMnO4溶液为1kg，加入的水量确保待处理多环芳烃污染土壤含水率为35-45％。
使用该种多环芳烃污染土壤处理配方的处理方法，该方法包括以下步骤：
(1)配制KMnO4含量为10wt％的高锰酸钾悬浊液；
(2)根据待处理多环芳烃污染土壤质量加入配比的步骤(1)中高锰酸钾悬浊液，控制最终高锰酸钾质量为1kg；
(3)根据土壤初始含水率确定加水量，使待处理多环芳烃污染土壤最终含水率约35-45％；
(4)机械搅拌5–15min，使高锰酸钾悬浊液与待处理多环芳烃污染土壤充分混合；
(5)氧化处理后土壤自然养护2天。
上述多环芳烃污染土壤处理配方的用途，用于多环芳烃污染土壤的氧化处理，多环芳烃中苯并[a]蒽小于2mg/kg、苯并[a]芘小于1mg/kg、茚并[1,2,3-cd] 芘小于1mg/kg，处理效果显著。
实施例3：一种多环芳烃污染土壤处理配方，包括以下成分及其配比：含量为10wt％的KMnO4溶液和水，待处理多环芳烃污染土壤为100kg，KMnO4溶液质量为1.2kg，加入的水量确保待处理多环芳烃污染土壤含水率为 35-45％。
使用该种多环芳烃污染土壤处理配方的处理方法，该方法包括以下步骤：
(1)配制KMnO4含量为10wt％的高锰酸钾悬浊液；
(2)根据待处理多环芳烃污染土壤质量加入配比的步骤(1)中高锰酸钾悬浊液，控制最终高锰酸钾质量为1kg；
(3)根据土壤初始含水率确定加水量，使待处理多环芳烃污染土壤最终含水率约35-45％；
(4)机械搅拌5–15min，使高锰酸钾悬浊液与待处理多环芳烃污染土壤充分混合；
(5)氧化处理后土壤自然养护2天。
上述多环芳烃污染土壤处理配方的用途，用于多环芳烃污染土壤的氧化处理，多环芳烃中苯并[a]蒽小于2mg/kg、苯并[a]芘小于1mg/kg、茚并[1,2,3-cd] 芘小于1mg/kg，处理效果显著。
为了说明本发明的处理配方及其处理方法的有益效果，进行如下实验：
本实验研究以配制的高浓度PAHs污染土壤进行氧化修复药剂研制，模拟 PAHs污染土以Z2土样为基底，向基底土样中人为添加污染物苯并[a]蒽、苯并[a]芘和茚并[1,2,3-cd]芘，经老化后即得模拟PAHs污染土壤。模拟PAHs 污染土的基本性质见表1，苯并[a]蒽、苯并[a]芘和茚并[1,2,3-cd]芘的含量分别为3.50、5.11、6.99mg/kg。
表1高浓度PAHs污染土壤基本性质列表
分析项目 分析结果
苯并[a]蒽含量(mg/kg) 3.50
苯并[a]芘含量(mg/kg) 5.11
茚并[1,2,3-cd]芘含量(mg/kg) 6.99
pH 6.88
采用3种氧化方案对PAHs污染土进行氧化处理，分别为过硫酸盐法、高锰酸盐法和芬顿试剂法，其中过硫酸盐选择比K2S2O8价格更低、溶解度更高的 Na2S2O8，高锰酸盐选择比NaMnO4价格更低的KMnO4，具体药剂用量见表2。
表2过硫酸盐法、高锰酸盐法和芬顿试剂法的试验条件及处理结果
结果(图1)表明，过硫酸盐法和高锰酸盐法的氧化效果明显优于芬顿试剂法。在不同药剂用量下，芬顿试剂法对土壤中苯并[a]蒽、苯并[a]芘和茚并[1,2,3-cd]芘的去除率分别在31％-43％、64％-71％、50％-59％的范围内，而过硫酸盐法对土壤中苯并[a]蒽、苯并[a]芘和茚并[1,2,3-cd]芘的去除率分别为45％-68％、65％-92％、36％-74％，高锰酸盐法对应的去除率分别为84％-96％、91％-97％、89％-97％。以氧化剂的理论可接受电子量计算可知，5％H2O2、12.5％ Na2S2O8和5.6％KMnO4具有相等量的可接受电子数，即可氧化的还原性物质的量相等。然而，三种氧化剂在应用于土壤中PAHs的氧化处理时却存在显著的差异，特别是芬顿试剂法，即使H2O2的加入量已为Na2S2O8(12.5％)和KMnO4 (5.6％)最高加入量的4倍，氧化处理效果仍明显不如过硫酸盐法和高锰酸盐法。由此可见，芬顿试剂法应用于PAHs污染土壤的氧化处理具有较大的局限性，其可能原始是大量的氧化剂在自分解和与其他还原性物质反应的过程被消耗，致使直接作用于污染物PAHs的氧化剂量较少，而从导致芬顿试剂法较低的利用率和较差的氧化效果。
过硫酸盐法的氧化效果优于芬顿试剂法，但不及高锰酸盐法。2.5％Na2S2O8和1.1％KMnO4具有相等的理论可接受电子量，2.5％Na2S2O8对土壤中苯并[a] 蒽、苯并[a]芘和茚并[1,2,3-cd]芘的去除率分别为45％、65％、36％，而1.1％ KMnO4对苯并[a]蒽、苯并[a]芘和茚并[1,2,3-cd]芘的去除率分别为84％、91％、 97％(图2)。由此可见，过硫酸盐法和高锰酸盐法在氧化处理PAHs污染土壤时存在一定的差距。增大Na2S2O8用量，可有效提高污染物的去除率，当Na2S2O8用量为7.6％时，苯并[a]蒽、苯并[a]芘和茚并[1,2,3-cd]芘的去除率分别增长为60％、88％、71％；当Na2S2O8用量为12.5％时，苯并[a]蒽、苯并[a]芘和茚并[1,2,3-cd]芘的去除率进一步增长为68％、92％、74％(图2)。过硫酸盐法的氧化效率不及高锰酸盐法。
高锰酸盐法的氧化效果优于过硫酸盐法，虽然增大过硫酸盐用量可以在一定程度上提高污染物的去除率，但从氧化剂的有效利用率来看，高锰酸盐法具有较大的优势。关于处理后土壤pH方面，若采用碱活化过硫酸盐法处理后土壤呈碱性，虽然可能通过调整药剂用量使pH控制在9以下，但pH降低也可能导致过硫酸盐活化率的较低，从而致使氧化处理的效果降低；而高锰酸盐法处理后土壤的pH变化并不非常显著，仅从原始的6.88升高至7.33-7.47 的范围，由此可见采用高锰酸盐法氧化处理PAHs污染土壤不必担心其对土壤pH造成较大的影响，这一点较碱活化过硫酸盐法具有明显的优势。此外，碱活化过硫酸盐法涉及两种药剂的复配使用，而高锰酸盐法只使用一种药剂，可见高锰酸盐法在工艺上也更加简单。综上所述，采用高锰酸盐法氧化处理 PAHs污染土壤为最优的处理方案。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种多环芳烃污染土壤处理配方，其特征在于：包括以下成分及其配比：含量为10wt%的KMnO4溶液和水，KMnO4溶液质量和待处理多环芳烃污染土壤质量比例为0.8:100-1.2:100，加入的水量确保待处理多环芳烃污染土壤含水率为35-45%。
2.一种多环芳烃污染土壤处理配方的处理方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
（1）配制KMnO4含量为10 wt%的高锰酸钾悬浊液；
（2）待处理多环芳烃污染土壤经过初步破碎和筛分处理，去除大粒径的石块和其他杂物，待处理多环芳烃污染土壤粒径不超过20mm，根据待处理多环芳烃污染土壤质量加入步骤（1）中高锰酸钾悬浊液，KMnO4溶液质量和待处理多环芳烃污染土壤质量比例为0.8:100-1.2:100；
（3）根据土壤初始含水率确定加水量，使待处理多环芳烃污染土壤最终含水率约35-45%；
（4）机械搅拌5–15 min，使高锰酸钾悬浊液与待处理多环芳烃污染土壤充分混合；
（5）氧化处理后土壤自然养护2天。
3.一种多环芳烃污染土壤处理配方的用途，其特征在于：用于多环芳烃污染土壤的氧化处理，多环芳烃中苯并[a]蒽小于2 mg/kg、苯并[a]芘小于1 mg/kg、茚并[1,2,3-cd]芘小于1 mg/kg。
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