异位淋洗与生物炭吸附相结合修复菲污染土壤的方法与流程

本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种异位淋洗与生物炭吸附相结合修复菲污染土壤的方法。

背景技术：

作为生态环境的重要组成部分，土壤是物质在生物地化循环中的主要场所，也为动植物生存和人类发展提供了丰富的自然资源。和水体一样，土壤也有自净能力，但是这种自净能力是有限的，即土壤环境容量，有害物质的量超过这个范围时就会造成土壤污染。在我国推进工业化进程以及调整城市用地的背景下，污染土壤的防治保护和用地规划逐渐成为了政府和公众关注的焦点。

在土壤体系中有机污染物主要以三种形态存在，即水相、固相和非水相流体。土壤中有机物的去除或者降解一般是通过解吸、氧化还原和形态转变等一些物化反应。异位修复就是将污染土壤挖掘出来集中进行处理，适合于小范围受污染程度较严重的区域。原位修复则是直接向污染土壤中投加化学物质或者供气供热等，这种方法降低了土壤挖掘和转运过程中的费用但可能对土壤造成二次污染。从技术上，土壤修复大致可分为物理、化学、生物修复技术以及各技术之间的联用，生物修复技术一般采用原位修复的方式进行处理，而物理和化学修复技术则根据具体的情况进行选择。

菲属于多环芳烃(pahs)类有机污染物质，多环芳烃通常是石油、烟草等有机物燃烧不充分的产物，普遍存在于自然环境中。并且大多数多环芳烃都具有毒性和致癌性，美国环保署已将包括菲在内的多种多环芳烃归为优控污染物。多环芳烃的分子结构一般含有两个或更多的苯环，它在自然环境中的稳定性和持久性很强，不易被生物降解。此外，多环芳烃的强疏水性导致它很容易吸附在土壤的固相上特别是土壤有机质中，造成土壤的持久性污染。更严重的是它可能随着雨水径流或者扬尘进入地下水系统或者空气中对环境造成更广泛的污染。因此结构稳定、难降解的多环芳烃类有机化合物一直是土壤污染修复中的一项难题。

技术实现要素：

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的目的在于提供一种异位淋洗与生物炭吸附相结合修复菲污染土壤的方法，该方法对土壤中菲的去除率可达88％。

本发明目的通过以下技术方案实现:

一种异位淋洗与生物炭吸附相结合修复菲污染土壤的方法，具体包括如下步骤：

(1)淋洗：将菲污染土壤与鼠李糖脂淋洗液按照质量体积比为1g∶75～130ml的比例混合，调节土壤的ph为6.5～7.5，在转速为7000～8500r/min下振荡12～24h，离心、沉淀，得到淋洗后的土壤和含菲的鼠李糖脂废液；

(2)吸附：将步骤(1)中离心和沉淀后含菲的鼠李糖脂废液与热解温度为300～700℃的生物炭按照体积质量比为75～130ml∶1g混合均匀后，完成对含菲的鼠李糖脂废液处理。

优选的，所述步骤(1)中鼠李糖脂淋洗液的浓度为0～10g/l。

进一步优选的，所述鼠李糖脂淋洗液的浓度为5～10g/l。

优选的，所述步骤(1)中菲污染土壤与鼠李糖脂淋洗液的质量体积比为1g∶90～110ml。

优选的，所述步骤(1)中转速为7500r/min。

优选的，所述步骤(2)中的生物炭与经淋洗后得到的含菲的鼠李糖脂废液的质量体积比为1g∶90～110ml。

优选的，所述步骤(2)中生物炭的热解温度为500～700℃。

优选的，所述步骤(2)中生物炭为稻壳生物炭或棉籽壳生物炭中的至少一种。

本发明中，鼠李糖脂是由假单胞菌或者铜绿假单胞菌产生的，属于阴离子型表面活性剂。鼠李糖脂具有生物适应性和可生物降解性等优点，应用于环境修复时可降低二次污染的风险。将它作为淋洗液用于土壤修复后会产生含有污染物的土壤淋洗液，需要进一步处理达标后才能排放或者回收利用。

生物炭是有机质在缺氧条件下高温热解的固体产物，其原材料不仅可以是粪便或者秸秆等动植物的残留物，还可以是污水污泥等富含有机质的废弃物。生物炭碳含量高，具有固碳作用，从而减少温室气体的排放，调节气候变化。生物炭并不是完全被碳化，还存在部分无定形的有机质；且生物炭的制备过程简便不需要活化，在价格上更占优势。因此，将生物炭作为吸附材料用于水污染处理和土壤修复具有广阔的应用前景。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

(1)本发明提供了一种异位淋洗与生物炭吸附相结合修复菲污染土壤的方法，利用表面活性剂鼠李糖脂将土壤中的菲淋洗出来后，以不同原料和不同热解温度下制备的生物炭作为吸附材料去除土壤淋洗液中的菲，为实际污染土壤修复提供了参考价值。

(2)本发明利用鼠李糖脂增效淋洗与生物炭吸附技术相结合以修复菲污染土壤，既可以去除土壤中大部分的菲，又可以减轻淋洗后残留化学淋洗剂和残留菲对土壤性质的破坏，缓解了对土壤肥力的影响。

(3)本发明方法具有修复成本低、实用性高、修复效果好等优点，是一种能够有效修复菲污染土壤的方法。

附图说明

图1不同浓度鼠李糖脂对土壤中菲的淋洗效果图；

图2不同热解温度下稻壳生物炭对菲的吸附图；

图3不同热解温度下棉籽壳生物炭对菲的吸附图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例中所述的异位淋洗与生物炭吸附相结合修复菲污染土壤的方法，包括以下步骤：

(1)淋洗：将浓度为6g/l的鼠李糖脂淋洗液分别与5种不同浓度(80、160、320、640、1280mg/kg)菲污染土壤按照液固比为90ml∶1g的比例混合，调节土壤的ph为7，在转速为7500r/min下振荡12h，离心，检测离心所得的淋洗液和淋洗后的菲污染土壤中菲浓度，不同浓度菲污染土壤中菲的去除率为50％～76％。结果如图1所示。

(2)吸附：将淋洗后不同含菲浓度的鼠李糖脂废液分别与5种不同热解温度(300、400、500、600、700℃)稻壳生物炭混合，其中稻壳生物炭与含菲鼠李糖脂废液的质量体积比为1g∶90ml，混合均匀后，完成对含菲鼠李糖脂废液的处理。600℃热解的稻壳生物炭吸附效果最优，对菲的吸附效果达52％～88％。结果如图2所示。

实施例2

本实施例所述的异位淋洗与生物炭吸附相结合修复菲污染土壤的方法，包括以下步骤：

(1)淋洗：将浓度为8g/l的鼠李糖脂淋洗液分别与5种不同浓度(80、160、320、640、1280mg/kg)菲污染土壤按照液固比为100ml∶1g的比例混合，调节土壤的ph为6.5，在转速为8000r/min下振荡18h，离心，检测离心所得的淋洗液和淋洗后的菲污染土壤中菲浓度，不同浓度菲污染土壤中菲的去除率为53％～78％。结果如图1所示。

(2)吸附：将淋洗后不同含菲浓度的鼠李糖脂废液分别与5种不同热解温度(300、400、500、600、700℃)稻壳生物炭混合，其中稻壳生物炭与含菲鼠李糖脂废液的质量体积比为1g∶100ml，混合均匀后，完成对含菲鼠李糖脂废液的处理。600℃热解的稻壳生物炭吸附效果最优，对菲的吸附效果达52％～88％。结果如图2所示。

实施例3

本实施例中异位淋洗与生物炭吸附相结合修复菲污染土壤的方法，包括以下步骤：

(1)淋洗：将浓度为10g/l的鼠李糖脂淋洗液分别与5种不同浓度(80、160、320、640、1280mg/kg)菲污染土壤按照液固比为110ml∶1g的比例混合，调节土壤的ph为7，在转速为8000r/min下振荡18h，离心，检测离心所得的淋洗液和淋洗后的菲污染土壤中菲浓度，不同浓度菲污染土壤中菲的去除率为56％～80％。结果如图1所示。

(2)吸附：将淋洗后不同含菲浓度的的鼠李糖脂废液分别与5种不同热解温度(300、400、500、600、700℃)棉籽壳生物炭混合，其中棉籽壳生物炭与含菲鼠李糖脂废液的质量体积比为1g∶110ml，混合均匀后，完成对含菲鼠李糖脂废液的处理。600℃热解的棉籽壳生物炭吸附效果最优，对菲的吸附效果达69％～94％。结果如图3所示。

实施例4

本实施例中异位淋洗与生物炭吸附相结合修复菲污染土壤的方法，包括以下步骤：

(1)淋洗：将浓度为10g/l的鼠李糖脂淋洗液分别与5种不同浓度(80、160、320、640、1280mg/kg)菲污染土壤按照液固比为100ml∶1g的比例混合，调节土壤的ph为7.5，在转速为8500r/min下振荡24h，离心，检测离心所得的淋洗液和淋洗后的菲污染土壤中菲浓度，不同浓度菲污染土壤中菲的去除率为56％～80％。结果如图1所示。

(2)吸附：将淋洗后不同含菲浓度的鼠李糖脂废液分别与5种不同热解温度(300、400、500、600、700℃)棉籽壳生物炭混合，其中棉籽壳生物炭与含菲鼠李糖脂废液的质量体积比为1g∶100ml，混合均匀后，完成对含菲鼠李糖脂废液的处理。600℃热解的棉籽壳生物炭吸附效果最优，对菲的吸附效果达69％～94％。结果如图3所示。

本发明中鼠李糖脂增效淋洗可以有效处理菲污染的土壤，例如，10g/l的鼠李糖脂对80mg/kg菲污染的土壤中污染物解吸率高达80％。生物炭对土壤淋洗液中菲进行吸附，对同种原料的生物炭而言，随着热解温度(300～700℃)的增大，生物质中的有机质或者挥发性物质逐渐分解，生物炭的碳化程度、非极性、疏水性和芳香性都逐渐增强，对菲的吸附能力也提高，600℃热解的棉籽壳生物炭对土壤洗液中菲的去除率可达90％以上。而且，棉籽壳生物炭对菲的选择性吸附系数也较高，同时可以回收近80％的鼠李糖脂，可以作为选择性吸附剂有效地处理土壤淋洗液。本方法可以有效的选择性修复污染土壤中的菲，同时淋洗液鼠李糖脂在土壤中能自行降解，避免二次污染。

由此可见，采用鼠李糖脂液进行淋洗可以快速、直接地去除土壤中的菲，但是也带来了含菲鼠李糖脂的废液处理的问题，而施加生物炭可以吸附淋洗液中的菲，进一步降低土壤中菲的浓度，并且对土壤有一定的修复作用。采用鼠李糖脂增效淋洗与生物炭吸附技术相结合的修复效果远优于单一技术时的修复效果。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。