修复柴油污染土装置

许钧轶

摘 要：土壤的石油类污染物污染既有生产过程的污染物直接排放，也有污染物的间接迁移。石油类污染物进入土壤，可引起土壤理化性质的变化，引起土壤微生物群落、微生物区系的变化。土壤的石油类污染物污染会直接导致农产品的产品质量下降，缩减实际耕种地面积，出现粮食减产，食用生长在被石油类污染物污染土壤的农产品会对人类的健康产生严重影响。因此，土壤的石油类污染物污染问题已成为世界各国普遍关注的环境问题。

关键词：修复;石油类污染物;柴油污染

一、研究意义

1）石油烃及其组分会通过土壤向地下水迁移，造成地下水环境中石油烃组分的不同程度检出，降低地下水的品质，造成水井报废、居民搬迁，严重影响当地发展。通过对电动修复柴油对土壤的污染，有效遏制石油烃向地下水迁移。

2）农作物在被柴油污染的土壤中无法生长。在长期的柴油泄漏渗入土壤的地方，严重影响土壤的农作物产量，同时柴油还会随着附近作物生长进入作物内，随着食物链进入人体，对人体造成严重影响。利用修复车修复被柴油污染的土壤缓解柴油对作物生长的影响，降低柴油进入人体的几率。

3）相较于燃烧土壤再进行土壤回填的异位修复，利用电动修复土壤的原位修复，有效提高了污染物的去除效率，对土壤内环境的影响很小，也降低修复成本。

二、项目的研究内容和研究目标

1、研究目标

对实地调研的结果分析显示，使用者在对农用机械的燃料补充过程中及农用器械使用过程中，出现严重柴油泄露现象。目前对于耕种土壤被柴油污染的处理方法大多是自然降解。自然降解方法存在耗时长，效率低，柴油残留严重等缺点。本项目利用电化学原理，在农户使用完机械后及时对被污染耕地土壤进行修复，增加农作物收成，为农民增加收入，推动农村经济发展。

2、研究内容

本项目旨在解决因使用者的操作不当而出现的柴油污染耕种土壤的现象。减清柴油对耕地土壤的危害，减少柴油对人体的毒害。主要结构如图所示。

三、项目研究的实施方案及拟采取研究方法和技术路线

1、修复电极设计

农用机械出现的柴油泄露问题具有柴油泄露量小、扩散慢等特点。可以通过设立多个电极，增大电解液的容量，来解决电解液的用量问题。同时柴油进入土壤后扩散效率和含水率有关，表层的土壤水分散失较多，在进行电动修复时，需要在表层土喷洒适量水。

用硬质材料做圆柱状带孔的电极井，内部放置滤纸防止土壤固体物进入电解液。在两个电极井上设置小型电解液循环系统，目的是防止阴极室和阳极室中出现PH过大的情况，使两个电极井中电解液保持中性。小型电解液循环系统通过导管连接两个电极井，上部设置循环泵，数据采集箱通过采样电极与土壤直接相连，用来采集土壤中相关电场数据

2、检测土壤电阻率实现检测柴油含量

利用电阻率法对污染场地进行检测的突出特点，就是能够做到快速，无损地随时随地进行监测，不需要安装特定的监测设备，不影响对污染场地的修复治理工作

土壤中的有机质含量与土壤电阻率呈负指数关系，即随着土壤有机质含量的升高，土壤电阻率呈负指数减小。

结合本项目的特点，采用四电极测深法进行被污染土壤的电阻率测量，从而实现对土壤柴油残留的检测。项目使用型号为ES3010E的接地电阻仪。在小车处理过被污染土壤后，将电阻仪的接地棒打到土壤下，有钳子的一段接线，相同颜色对应相同接口，共有红、黄、绿、黑四根线，接地线的按照H、S、ES、E顺序成一直线排列，每个接地棒之间距离为5米，打开开关进行测量，从电阻仪面板上进行数据的读取。

3、增大柴油溶解度

在使用电极对土壤中柴油污染物进行处理时，发生电渗流效应。柴油在水中难溶，所以单纯利用土壤中的孔隙水对柴油进行处理是不够的。考虑到缓冲溶液的获取条件和对土壤的危害，本项目采用乙醇作为处理柴油的缓冲溶液。

有实验将乙醇和柴油洒在土壤中在深度10cm到30cm处去土壤，对成分进行分析。结果表明，乙醇更容易从土壤中蒸发掉，而且乙醇更容易随水分转移到土壤中有微生物的地方，这些生物活性能够使乙醇的浓度进一步减小。

将醇燃料和柴油洒入土壤中进行实验比较，结果表明，在喷洒了甲醇及乙醇的土壤中，植物生长受到的影响比汽油及M15混合燃料的低。一年以后，在受醇燃料污染的地方，植物生長出的总量是正常土壤的65%，而受汽油及M15污染的土壤生长出植物的总量只有未受污染土壤的50%及45%。

根据上述实验分析可知，使用乙醇作为缓冲溶液对土壤的危害，相较于柴油对土壤的危害，大大降低，同时乙醇所具有的挥发性强等特性，也减少了对土壤的危害。

四、项目的研究基础和可行性分析

1、柴油的扩散速率

柴油在进入土壤后，会不断地被土壤矿物质和有机物所吸附，继而在影响其在土壤中地迁移和分布。影响石油类污染物在土壤中迁移的因素很多，对于某一特定多孔介质，含水率是影响油品在土壤非饱和带迁移的重要理化性质之一。

含水量在15.5%～18.5%之间的土壤是最适宜耕种的土壤。柴油渗入土壤是重力、毛细力和粘滞力等共同作用的结果。

2、柴油的挥发性

液体的挥发性主要依据饱和蒸汽压参数，饱和蒸汽压越高，说明液体挥发性越强，安全风险越大。柴油馏分重，沸点为282℃-338℃，常温下饱和蒸汽压在4kPa左右，属于不易挥发性石油产品。

综上，在实际应用中，农用机械使用得轻柴油洒落在土壤中，应综合考虑轻柴油得挥发性和扩散性，从而较为准确得出污染范围和污染深度。

3、电极工作电压

多环芳烃（PAHs）具有生物难降解性，是土壤中常见的持久性有机污染物之一。多环芳烃有较强的憎水性，导致它们强烈吸附在土壤上。性质与柴油类似。在针对多环芳烃（PAHs）的研究过程中，在加入非离子型表面活性剂Igepal CA-720、Tween 80、羟丙基-B-环糊精提高电动力学迁移效果的情况下，实验人员采用的电压在0.5～1V/cm。

在电动力学修复镉污染土壤时，在适宜的操作和合适的活性剂条件下，电压梯度为2V/cm时去除率就可以达到95%以上，之后随着通电电压的增大去除率没有明显变化。同时对修复过程中土壤PH值、阴阳极电解液PH值得变化以及土壤含水率变化也进行了研究。

电动修复过程中土壤中的水分充当了导电介质，土壤含水率越高，表明土壤中空隙水含量越高，越有利于导电。实验中针对不同取样点的土壤含水率进行了测定，电动修复前不同部位的土壤初始含水率大致相同，在22%左右，经过电动修复后，靠近阳极侧土壤含水率增加，达到 35% ，而靠近阴极侧的土壤含水率几乎没发生变化。通电后，土壤空隙水在电场力作用下发生定向迁移，主要通过电渗析作用向阴极移动，理论上阴极侧的土壤含水率较高，而实际阳极侧的土壤含水率较高。这是因为阴极电解产生的OH- 进入土壤中生成氢氧化物沉淀，R值会升高，阻碍了空隙水的迁移，从而造成阳极侧土壤含水率升高;另一方面阳极槽里的电解液在电场力作用下，沿着具有较小扩散阻力的多孔材料进入土壤中，造成土壤含水率增加。土壤含水率过低，会使土壤渗透性下降，到点效果降低。

（武汉理工大学）