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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.北京市農林科學院植物營養(yǎng)與資源研究所2.中國地質大學(北京)水資源與環(huán)境工程3.中國農業(yè)科學院農業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所

生物通風技術適用于處理石油產品中輕組分和重組分對土壤的污染，高效且處理費用低，抽提過程中尾氣的處理成本也可以大大降低［1］。該技術對于治理地下儲油罐泄漏引起的土壤污染問題具有廣闊的應用前景，國外已有很多的實地應用實例［2-7］，但國內的代表研究成果較少［8，9］。只有掌握該技術對土壤修復過程中柴油的衰減規(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技術修復過程的強化。為此，本文通過生物通風修復過程中不同歷時各土柱中的殘余TPH的平衡分布曲線及相應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程，為合理控制和修復實際污染場地提供理論基礎。

1實驗材料及方法

1．1實驗材料

土壤取自北京市通州水利科學研究所實驗場實地細砂(砂粒占98.39%，粘粒占1.61%)。土壤基本理化性質為: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%，有機質含量0.342‰，有效N和可溶P含量分別為0.062%和0.059%。實驗所用柴油為市售0#柴油。實驗油污土配制:先將稱量好的實驗用砂放置在一容器內，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實驗裝置

整個實驗裝置由有機玻璃柱(內徑80mm，高500mm，內壁打毛)、充氣泵(或無油真空泵)、氣體流量計、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，柱側壁設置6個取樣口(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，并對裝置各連接處做密封處理和氣密性測試。注氣時，將氣體流量計、充氣泵調于2mol/LNaOH溶液前(見圖1)。

1．3實驗土柱裝填

油污土按各柱初始油濃度要求稱取相應量的細砂和0#柴油，配制油污土;為均勻布氣以及避免布氣板的篩孔被細小顆粒堵塞，在柱底布氣板鋪一層不銹鋼絲網(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)，柱頂部預留約2cm的空間起緩沖作用;最后投加水和營養(yǎng)物。

1．4土壤中殘余TPH測定

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，以紫外分光光度計在229nm處測定吸光度，從而根據(jù)標準曲線確定土壤中TPH含量(mg/g)。

2實驗設計

實驗中為了分析強化生物通風修復柴油污染土壤過程中的柴油衰減規(guī)律和影響柴油污染土壤強化生物通風技術修復效果的主要因素，采用正交表L12(21×45)進行實驗設計，主要因素分別為:初始柴油濃度、抽提方式、通風的孔隙體積數(shù)、C∶N∶P和土壤含水率(表1，其中柱13為對照柱)，實驗過程中溫度保持在(25±2．5)℃。

3結果分析與討論

3.1不同歷時各柱土壤中殘余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。通風后，由于各柱初始油濃度、通方式和營養(yǎng)等影響因素不同，修復過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，說明土柱中的重力、揮發(fā)和生物降解作用對土壤中TPH的去除過程。

(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個濃度峰值，分別位于土柱中部(C點)和上部(E點)，其殘余TPH的平衡分布曲線呈類“S”型，見圖2。通風之前，柱內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，通風之前各柱初始的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)對于初始油濃度較高的柱4(10mg/g)，重力作用對其的影響要強于靜態(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;而對于初始油濃度相對較低的柱2和柱3，僅為5mg油/g土，而且初始裝填時的土壤含水率較小，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，所添加的水分和營養(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。

通風之后，重力分異作用始終存在，間歇通風促進了柱內柴油輕組分的揮發(fā)，待后期微生物繁殖并具有一定的降解能力時，還存在生物降解作用影響著柱內殘余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，此2柱在實驗前期均有2個明顯的柴油濃度峰，分別位于土柱中下部(B點)與中上部(D點)，之后均變?yōu)?個。不同的是，在實驗中后期，柱8的柴油濃度峰為中上部(D點)，而柱11則在中下部(B點)，這可能與土柱的初始油濃度的差異有關。

通風之前，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，重力作用對其的影響要強于靜態(tài)揮發(fā)作用，加之2柱初始添加的水分和營養(yǎng)較少，表現(xiàn)為油在柱下部富集，TPH含量升高。通風之后，土壤中的TPH含量總體降低，從圖3也可看出，隨著修復過程的進行，殘余TPH平衡分布曲線逐漸向低濃度方向推移，只是由于各柱通風方式、所添加水分、營養(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，可通過殘余TPH濃度沿深度的積分來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)及生物降解作用對土壤中TPH的去除過程。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。對于整根土柱來說，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，對總量的變化無影響。從圖4(a)可以看出，柱2總的柴油積分面積隨著通風過程的進行一直在減小，且下降幅度較大，說明柱2總的柴油量是大幅降低，也就是說，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間的變化圖分析，見圖4(b)。由圖可見，柱上部(D-E)的柴油積分面積基本為4個深度范圍內最大的，即這一區(qū)域的柴油量最大，其次為柱中部(C-D)，說明對于柱2來說，柱內殘余TPH的變化同時受重力作用和揮發(fā)作用影響，但揮發(fā)作用對其影響的程度較大;另外，各深度柴油積分面積基本上隨時間減小，說明存在揮發(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結論

本文通過分析各柱不同歷時的殘余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)作用主要是由通風孔隙體積數(shù)及土壤含水率來影響的;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;除通風方式外，其余4個因素都對生物降解作用有影響;(4)生物通風技術修復初始油濃度較高，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。