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本文作者：楊金鳳1,3陳鴻漢2王春艷2楊正禮3作者單位：1.北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與資源研究所2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)水資源與環(huán)境工程3.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所

生物通風(fēng)技術(shù)適用于處理石油產(chǎn)品中輕組分和重組分對(duì)土壤的污染，高效且處理費(fèi)用低，抽提過(guò)程中尾氣的處理成本也可以大大降低［1］。該技術(shù)對(duì)于治理地下儲(chǔ)油罐泄漏引起的土壤污染問(wèn)題具有廣闊的應(yīng)用前景，國(guó)外已有很多的實(shí)地應(yīng)用實(shí)例［2-7］，但國(guó)內(nèi)的代表研究成果較少［8，9］。只有掌握該技術(shù)對(duì)土壤修復(fù)過(guò)程中柴油的衰減規(guī)律，才能有效控制土壤中的柴油污染，并最終考慮生物通風(fēng)技術(shù)修復(fù)過(guò)程的強(qiáng)化。為此，本文通過(guò)生物通風(fēng)修復(fù)過(guò)程中不同歷時(shí)各土柱中的殘余TPH的平衡分布曲線及相應(yīng)的柴油積分面積變化圖考察各土柱中的重力、揮發(fā)和生物降解作用的過(guò)程，為合理控制和修復(fù)實(shí)際污染場(chǎng)地提供理論基礎(chǔ)。

1實(shí)驗(yàn)材料及方法

1．1實(shí)驗(yàn)材料

土壤取自北京市通州水利科學(xué)研究所實(shí)驗(yàn)場(chǎng)實(shí)地細(xì)砂(砂粒占98.39%，粘粒占1.61%)。土壤基本理化性質(zhì)為:土壤密度2.64g/cm3，孔隙度0.47～0.5，土壤pH值8.72，土壤含水率0.305%，最大持水率24.4%，有機(jī)質(zhì)含量0.342‰，有效N和可溶P含量分別為0.062%和0.059%。實(shí)驗(yàn)所用柴油為市售0#柴油。實(shí)驗(yàn)油污土配制:先將稱量好的實(shí)驗(yàn)用砂放置在一容器內(nèi)，再將0#柴油溶于二氯甲烷中按所需比例倒入容器，攪拌使其混合均勻，待二氯甲烷揮發(fā)完畢備用。

1．2實(shí)驗(yàn)裝置

整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置由有機(jī)玻璃柱(內(nèi)徑80mm，高500mm，內(nèi)壁打毛)、充氣泵(或無(wú)油真空泵)、氣體流量計(jì)、裝有NaOH溶液的CO2去除瓶、裝有NaOH溶液的CO2收集瓶、活性炭管等組成，柱側(cè)壁設(shè)置6個(gè)取樣口(直徑均為10mm，分別距柱底60、110、195、285、370和415mm，且最底端A取樣口和最頂端F取樣口處初始為干凈砂)，各取樣口要用硅膠墊密封，并對(duì)裝置各連接處做密封處理和氣密性測(cè)試。注氣時(shí)，將氣體流量計(jì)、充氣泵調(diào)于2mol/LNaOH溶液前(見(jiàn)圖1)。

1．3實(shí)驗(yàn)土柱裝填

油污土按各柱初始油濃度要求稱取相應(yīng)量的細(xì)砂和0#柴油，配制油污土;為均勻布?xì)庖约氨苊獠細(xì)獍宓暮Y孔被細(xì)小顆粒堵塞，在柱底布?xì)獍邃佉粚硬讳P鋼絲網(wǎng);然后分層裝入6cm厚干凈砂、32cm厚油污土、3cm厚干凈砂，在其上覆蓋不銹鋼絲網(wǎng)(以保證活性炭管的吸附性能)，柱頂部預(yù)留約2cm的空間起緩沖作用;最后投加水和營(yíng)養(yǎng)物。

1．4土壤中殘余TPH測(cè)定

取0.5g土樣裝入10mL頂空瓶中，用移液管移入5mL二氯甲烷，壓蓋器壓緊密封，置于恒溫水浴振蕩器中，20℃，150r/min下振蕩30min后，靜置，直接移取上清液或取一定量在比色管中稀釋至10mL，以紫外分光光度計(jì)在229nm處測(cè)定吸光度，從而根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線確定土壤中TPH含量(mg/g)。

2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)中為了分析強(qiáng)化生物通風(fēng)修復(fù)柴油污染土壤過(guò)程中的柴油衰減規(guī)律和影響柴油污染土壤強(qiáng)化生物通風(fēng)技術(shù)修復(fù)效果的主要因素，采用正交表L12(21×45)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，主要因素分別為:初始柴油濃度、抽提方式、通風(fēng)的孔隙體積數(shù)、C∶N∶P和土壤含水率(表1，其中柱13為對(duì)照柱)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中溫度保持在(25±2．5)℃。

3結(jié)果分析與討論

3.1不同歷時(shí)各柱土壤中殘余TPH沿深度的平衡分布

裝柱完成后靜置，在重力、靜態(tài)揮發(fā)作用下，土柱中原均勻混合的柴油污土中的油、氣重新分布，形成新的平衡剖面。通風(fēng)后，由于各柱初始油濃度、通方式和營(yíng)養(yǎng)等影響因素不同，修復(fù)過(guò)程中各柱土壤中殘余TPH的剖面分布有所差異。本文以殘余TPH的平衡分布曲線為雙峰型(包括類“S”型及類“”型)的土柱為例，說(shuō)明土柱中的重力、揮發(fā)和生物降解作用對(duì)土壤中TPH的去除過(guò)程。

(1)殘余TPH的平衡分布曲線呈類“S”型

柱1、2、3、4和柱13的殘余TPH平衡分布曲線上均存在2個(gè)濃度峰值，分別位于土柱中部(C點(diǎn))和上部(E點(diǎn))，其殘余TPH的平衡分布曲線呈類“S”型，見(jiàn)圖2。通風(fēng)之前，柱內(nèi)TPH的分布主要受重力分異作用、靜態(tài)揮發(fā)作用以及柱的裝填情況影響。由圖2

可見(jiàn)，通風(fēng)之前各柱初始的TPH含量分布為:(1)各柱在靠近柱底的原干凈砂區(qū)的TPH含量均最小;(2)對(duì)于初始油濃度較高的柱4(10mg/g)，重力作用對(duì)其的影響要強(qiáng)于靜態(tài)揮發(fā)作用，加之柱4的初始土壤含水率很大，表現(xiàn)為油在柱下部富集，TPH含量較高;而對(duì)于初始油濃度相對(duì)較低的柱2和柱3，僅為5mg油/g土，而且初始裝填時(shí)的土壤含水率較小，靜態(tài)揮發(fā)作用更為主要，以致于柱上部TPH含量較高;(3)另外，由于柱1在裝填時(shí)，所添加的水分和營(yíng)養(yǎng)物均最少，同樣的初始油濃度下，重力分異作用更突出，因此，仍表現(xiàn)為油在柱下部富集;柱13(10mg/g)由于只添加了水分而未添加營(yíng)養(yǎng)物，減少了其靜態(tài)揮發(fā)的阻力，呈現(xiàn)出與柱4不同的平衡分布，柱頂部TPH含量高于土柱剖面的其他位置。

通風(fēng)之后，重力分異作用始終存在，間歇通風(fēng)促進(jìn)了柱內(nèi)柴油輕組分的揮發(fā)，待后期微生物繁殖并具有一定的降解能力時(shí)，還存在生物降解作用影響著柱內(nèi)殘余TPH的剖面分布，各柱的殘余TPH含量均有不同程度降低，但柱4土壤初始含水率很大，靜態(tài)揮發(fā)受阻程度較嚴(yán)重，生物降解的能力較弱，總體的去除效果較差。

(2)殘余TPH的平衡分布曲線類“”型

圖3為柱8和柱11的殘余TPH平衡分布曲線，其曲線呈類“”型。由圖3可見(jiàn)，此2柱在實(shí)驗(yàn)前期均有2個(gè)明顯的柴油濃度峰，分別位于土柱中下部(B點(diǎn))與中上部(D點(diǎn))，之后均變?yōu)?個(gè)。不同的是，在實(shí)驗(yàn)中后期，柱8的柴油濃度峰為中上部(D點(diǎn))，而柱11則在中下部(B點(diǎn))，這可能與土柱的初始油濃度的差異有關(guān)。

通風(fēng)之前，各柱TPH含量分布為:(1)各柱在靠近柱底的原干凈砂區(qū)的TPH含量均最小;(2)此2柱由于初始油濃度均較高，重力作用對(duì)其的影響要強(qiáng)于靜態(tài)揮發(fā)作用，加之2柱初始添加的水分和營(yíng)養(yǎng)較少，表現(xiàn)為油在柱下部富集，TPH含量升高。通風(fēng)之后，土壤中的TPH含量總體降低，從圖3也可看出，隨著修復(fù)過(guò)程的進(jìn)行，殘余TPH平衡分布曲線逐漸向低濃度方向推移，只是由于各柱通風(fēng)方式、所添加水分、營(yíng)養(yǎng)等的差異，TPH去除的快慢有所不同。

3．2不同深度土壤中殘余TPH濃度沿深度的積分變化

因各柱的截面面積相同，可通過(guò)殘余TPH濃度沿深度的積分來(lái)衡量各柱不同深度的柴油量的變化、總的柴油量的變化及重力、揮發(fā)及生物降解作用對(duì)土壤中TPH的去除過(guò)程。圖4為柱2的殘余TPH沿深度的積分面積變化圖，其余土柱同理分析。對(duì)于整根土柱來(lái)說(shuō)，只有揮發(fā)作用和生物降解作用才可使得總的柴油量降低，而重力作用只影響TPH在土柱中的空間分布，對(duì)總量的變化無(wú)影響。從圖4(a)可以看出，柱2總的柴油積分面積隨著通風(fēng)過(guò)程的進(jìn)行一直在減小，且下降幅度較大，說(shuō)明柱2總的柴油量是大幅降低，也就是說(shuō)，存在揮發(fā)作用和生物降解作用，重力作用的影響可從各深度柴油積分面積隨時(shí)間的變化圖分析，見(jiàn)圖4(b)。由圖可見(jiàn)，柱上部(D-E)的柴油積分面積基本為4個(gè)深度范圍內(nèi)最大的，即這一區(qū)域的柴油量最大，其次為柱中部(C-D)，說(shuō)明對(duì)于柱2來(lái)說(shuō)，柱內(nèi)殘余TPH的變化同時(shí)受重力作用和揮發(fā)作用影響，但揮發(fā)作用對(duì)其影響的程度較大;另外，各深度柴油積分面積基本上隨時(shí)間減小，說(shuō)明存在揮發(fā)作用與生物降解作用共同作用，且二者共同作用的程度較大。

4結(jié)論

本文通過(guò)分析各柱不同歷時(shí)的殘余TPH平衡分布規(guī)律以及土壤中不同深度柴油量、總柴油量的變化，得出:(1)各柱的殘余TPH平衡分布曲線呈現(xiàn)的類型說(shuō)明，各柱殘余TPH剖面分布差異的原因受土柱的初始裝填情況影響較大;(2)殘余TPH平衡分布曲線呈雙峰型的土柱，土壤中TPH的去除主要以揮發(fā)作用及生物降解作用為主;(3)揮發(fā)作用主要是由通風(fēng)孔隙體積數(shù)及土壤含水率來(lái)影響的;重力作用則主要是由初始油濃度、土壤含水率、C∶N∶P影響的;除通風(fēng)方式外，其余4個(gè)因素都對(duì)生物降解作用有影響;(4)生物通風(fēng)技術(shù)修復(fù)初始油濃度較高，土壤含水率較小的柴油污染土柱8和11，生物降解作用最明顯，柴油去除效果最好。