任家強(qiáng)，宋 昕，何 躍

柴油污染土壤低溫?zé)崽幚砑捌鋵?duì)土壤理化性質(zhì)的影響①

任家強(qiáng)1,2，宋 昕1*，何 躍3*

(1 中國(guó)科學(xué)院土壤環(huán)境與污染修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(南京土壤研究所)，南京 210008；2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3 生態(tài)環(huán)境部南京環(huán)境科學(xué)研究所，南京 210042)

石油化工廠加工、儲(chǔ)藏、運(yùn)輸過(guò)程以及儲(chǔ)油罐的泄露等易造成土壤柴油污染。熱處理技術(shù)常用于修復(fù)各類揮發(fā)性和半揮發(fā)性污染土壤，但加熱可能會(huì)改變土壤理化性質(zhì)，因此本文綜合評(píng)價(jià)了低溫?zé)崽幚韺?duì)柴油污染土壤的修復(fù)效率及其對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響。對(duì)柴油污染土壤低溫?zé)崽幚磉M(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，結(jié)果顯示：在250 ℃ 加熱10 min后，土壤總石油烴含量為358.7 mg/kg，總石油烴去除率為94%，低于土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的一類用地總石油烴篩選值826 mg/kg。過(guò)高的溫度和過(guò)長(zhǎng)的加熱時(shí)間反而會(huì)帶來(lái)過(guò)多的能耗，并對(duì)土壤理化性質(zhì)造成負(fù)面影響。低溫?zé)崽幚砗笸寥李伾蓾狳S橙變?yōu)榛尹S棕，土壤pH由7.39降為6.88，陽(yáng)離子交換量由16.9 cmol/kg變?yōu)?4.8 cmol/kg，田間持水量從0.32 g/g土變?yōu)?.29 g/g土，土壤有機(jī)碳降低約10%，NH4+-N和NO– 3-N含量加熱后增加分別超過(guò)5倍和15倍，土壤質(zhì)地和全氮變化不顯著。加熱前后的土壤元素分析結(jié)果和土壤顏色變化說(shuō)明加熱過(guò)程中烴類炭化轉(zhuǎn)化為“熱解炭”，是污染土壤中柴油去除的主要反應(yīng)機(jī)制。本研究表明低溫?zé)崽幚砑夹g(shù)可以快速高效地修復(fù)柴油污染土壤，合理優(yōu)化低溫?zé)崽幚淼募訜釡囟群图訜釙r(shí)間是使低溫?zé)崽幚沓蔀橐环N修復(fù)柴油污染土壤的綠色可持續(xù)性修復(fù)技術(shù)的關(guān)鍵。

污染土壤；低溫?zé)崽幚?；柴油；土壤性質(zhì)

石油烴是目前環(huán)境中廣泛存在的一類有機(jī)污染物，主要包括汽油、煤油、柴油、潤(rùn)滑油、石蠟和瀝青等。柴油作為一種典型的輕質(zhì)石油產(chǎn)品，是飽和烴(60% ~ 80%)和芳香烴(20% ~ 40%)的混合物，廣泛應(yīng)用于船、卡車、汽車和火車等。柴油污染十分普遍，常見于石油化工廠加工、儲(chǔ)藏、運(yùn)輸過(guò)程以及儲(chǔ)油罐的泄露等。柴油進(jìn)入土壤環(huán)境后，會(huì)對(duì)人體、動(dòng)植物造成嚴(yán)重危害[1-2]。

針對(duì)土壤柴油污染，目前國(guó)內(nèi)外可用于修復(fù)柴油污染土壤的技術(shù)包括熱修復(fù)[3]、化學(xué)氧化[4-5]、土壤洗滌[6-8]、生物修復(fù)[9-10]和氣相抽提[11]等?；瘜W(xué)氧化和土壤洗滌修復(fù)效率較高，但對(duì)土壤理化性質(zhì)影響較大[4-7]。生物修復(fù)，包括植物修復(fù)和微生物修復(fù)，對(duì)土壤環(huán)境要求較高，且修復(fù)周期較長(zhǎng)[9-11]。而熱處理技術(shù)因其具有適用范圍廣、快速高效等優(yōu)勢(shì)，成為最為常見的修復(fù)技術(shù)之一。

根據(jù)加熱溫度的不同，熱修復(fù)技術(shù)可以劃分為低溫?zé)嵝迯?fù)(100 ~ 350 ℃)和高溫?zé)嵝迯?fù)(350 ~ 600 ℃)，以及需要更高溫度的焚燒技術(shù)(> 600 ℃)。熱修復(fù)技術(shù)可以應(yīng)用于處理多種污染物，包括PAHs[12-14]、PCBs[15]、石油烴[3,16-17]和Hg[18-19]等。應(yīng)用熱修復(fù)技術(shù)的關(guān)鍵因素在于加熱溫度、加熱時(shí)間和污染土壤特征。目前研究大多關(guān)注熱修復(fù)中污染物的去除，然而對(duì)土壤加熱可能會(huì)改變土壤的性質(zhì)[13-20]，進(jìn)而影響修復(fù)后土壤的再利用(生態(tài)用地和農(nóng)用地)，僅有極少數(shù)關(guān)于熱修復(fù)對(duì)土壤性質(zhì)影響的研究。Vidonish 等[21]發(fā)現(xiàn)石油烴污染土壤在420 ℃ 高溫?zé)峤? h后土壤有機(jī)碳降低，pH升高，用熱解后土壤培養(yǎng)的植物生長(zhǎng)狀況比污染土壤培養(yǎng)的植物好。同時(shí)他們也發(fā)現(xiàn)石油烴污染土壤焚燒后土壤理化性質(zhì)被嚴(yán)重破壞，用焚燒后土壤培養(yǎng)植物，植物生長(zhǎng)受到嚴(yán)重抑制。Pape 等[22]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩種無(wú)污染土壤在不同溫度(105 ~ 1 000 ℃)加熱，蔬菜生長(zhǎng)會(huì)受到抑制，主要原因在于土壤理化性質(zhì)的改變，尤其是氮的損失。目前研究大多關(guān)注高溫?zé)嵝迯?fù)技術(shù)對(duì)土壤性質(zhì)的影響[13, 20-22]，盡管低溫?zé)崽幚聿捎玫募訜釡囟缺绕渌邷責(zé)嵝迯?fù)技術(shù)(高溫?zé)峤馕?、熱解和焚燒?低，但是低溫?zé)崽幚韺?duì)土壤理化性質(zhì)的影響不容忽視，因此目前缺乏綜合考慮低溫?zé)崽幚韺?duì)土壤污染的去除效率和其對(duì)土壤性質(zhì)的影響。

本文針對(duì)柴油污染土壤，采用熱處理小試裝置，研究加熱溫度和時(shí)間對(duì)柴油污染土壤低溫?zé)崽幚硇实挠绊?，同時(shí)系統(tǒng)研究低溫?zé)崽幚砬昂笸寥览砘再|(zhì)的變化，為低溫?zé)崽幚砑夹g(shù)的工藝設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供參考，為后續(xù)的柴油污染場(chǎng)地精準(zhǔn)和可持續(xù)修復(fù)提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

化學(xué)試劑：四氯化碳(分析純，江蘇強(qiáng)盛功能化學(xué)股份有限公司)，無(wú)水硫酸鈉(分析純，西隴化工股份有限公司)，硅酸鎂吸附劑(分析純，西隴化工股份有限公司)。無(wú)水硫酸鈉和硅酸鎂吸附劑均置于馬弗爐中400 ℃ 烘4 h，待冷卻后置于磨口玻璃瓶中密封保存。0號(hào)柴油，購(gòu)自中國(guó)石油天然氣集團(tuán)。

供試土壤為黃棕壤，采自南京市郊區(qū)，挑揀出小石子和植物碎屑，風(fēng)干后過(guò)20目篩備用，石油烴未檢出。土壤有機(jī)質(zhì)含量為13.27 g/kg，pH為7.39，風(fēng)干含水率為3.5%。

污染土壤制備：柴油溶于1:1()正己烷/丙酮，柴油與正己烷/丙酮的混合液再與土壤混合，反復(fù)攪拌至丙酮全部揮發(fā)。同樣體積1:1()正己烷/丙酮加入無(wú)污染土壤作為對(duì)照?；旌虾蟮耐寥览匣?周后密封保存?zhèn)溆?。污染土壤中的總石油烴(TPH)實(shí)測(cè)濃度為6 217 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 熱處理試驗(yàn)裝置 熱處理試驗(yàn)采用熱處理小試裝置(圖1)，裝置包括加熱系統(tǒng)、抽提系統(tǒng)、冷凝系統(tǒng)和尾氣處理系統(tǒng)。加熱系統(tǒng)包括SG-GL1200型開啟式管式爐(上海大恒光學(xué)精密機(jī)械有限公司)、異形石英工作管、石英舟、K型熱電偶溫度計(jì)和加熱帶。抽提系統(tǒng)包括氮?dú)馄俊⑦M(jìn)氣管和出氣管、壓力計(jì)、氣體流量調(diào)節(jié)計(jì)、氣體控制閥門。冷凝系統(tǒng)包括冰浴的冷凝瓶及其連接的導(dǎo)管。尾氣處理系統(tǒng)采用填充活性炭的吸收瓶。

熱處理試驗(yàn)中，將污染土壤放置于石英舟中，并推入石英管中，受熱脫附出的污染物在載氣的流動(dòng)下被帶入冷凝系統(tǒng)并轉(zhuǎn)化為固/液態(tài)，其他殘余揮發(fā)性氣體通過(guò)尾氣處理系統(tǒng)被收集和處理。

圖1 熱處理試驗(yàn)裝置

1.2.2 熱處理試驗(yàn)方法 取50 g污染土壤裝入熱反應(yīng)器中，熱反應(yīng)器推入工作管內(nèi)。打開氮?dú)馄块y門，打開氣體流量調(diào)節(jié)計(jì)，設(shè)置進(jìn)氣流速為1.2 L/min，檢測(cè)氣密性。氣密性檢查完好后，持續(xù)通氮?dú)?0 min后開始加熱。設(shè)置5個(gè)溫度梯度(150、200、250、300、350 ℃)，加熱2 h。在最佳修復(fù)溫度250 ℃，設(shè)置不同加熱時(shí)間5、10、20、40、60、120 min，分析熱修復(fù)前后土壤中總石油烴濃度變化，確定最佳修復(fù)時(shí)間為10 min。加熱結(jié)束后，打開裝置，取出土壤樣品。每個(gè)處理均做3次平行。

在柴油污染土壤熱處理參數(shù)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，選取3個(gè)處理后的土壤(CK：背景土壤，未添加柴油；T1：柴油污染土壤；T2：柴油污染土壤在250 ℃ 加熱10 min)測(cè)定其理化性質(zhì)。

1.3 樣品分析

1.3.1 污染土壤總石油烴(TPH)測(cè)定 主要儀器：F2000-ⅡK型紅外測(cè)油儀(吉林歐伊爾環(huán)保科技發(fā)展有限公司)。測(cè)定方法：土壤中TPH的測(cè)定參考HJ 637—2012[23]。將土壤樣品研磨成粉并過(guò)60目篩，準(zhǔn)確稱取5.000 g土壤樣品和10 g無(wú)水硫酸鈉放入離心管內(nèi)。3次四氯化碳超聲提取，離心后合并提取液體，定容至50 ml，進(jìn)行上機(jī)測(cè)樣。

1.3.2 土壤理化性質(zhì)測(cè)定 土壤顏色采用蒙賽爾標(biāo)準(zhǔn)比色卡比色；pH 用土水比1︰2.5提取，利用pH計(jì)測(cè)定；電導(dǎo)率土水比1︰5提取，使用電導(dǎo)率儀測(cè)定；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化-硫酸消化法測(cè)定；土壤質(zhì)地用激光粒度儀法確定；土壤礦物用X射線衍射法測(cè)定；陽(yáng)離子交換量采用乙酸銨交換法測(cè)定；C、N元素分析采用元素分析儀；持水量采用環(huán)刀法測(cè)定；NO– 3-N采用紫外分光光度法測(cè)定，NH4+-N采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定[24]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用Microsoft Excel 2016和SPSS17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)分析，采用Origin 9.1軟件進(jìn)行制圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 柴油污染土壤低溫?zé)崽幚硇迯?fù)效果

在污染土壤熱處理中，加熱溫度是非常重要的一個(gè)影響土壤熱處理效果的因素?；谇捌谖廴就寥罒崽幚眍A(yù)試驗(yàn)，選擇在加熱時(shí)間為2 h的條件下的不同加熱溫度，即100、150、200、250、350 ℃，進(jìn)行熱處理試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖2A。隨著加熱溫度的增加，污染土壤總石油烴(TPH)去除率也不斷增加，當(dāng)加熱溫度高于250 ℃ 時(shí)(包括250 ℃)，污染土壤TPH去除率達(dá)到了99% 以上。

熱處理技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)之一在于其較短的修復(fù)時(shí)間。因此，在250 ℃ 時(shí)，選取不同加熱時(shí)間5、10、20、40、60、120 min進(jìn)行熱處理試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明(圖2B)，在加熱溫度250 ℃，加熱時(shí)間為10 min進(jìn)行熱處理后，土壤TPH含量為358.7 mg/kg，污染土壤TPH去除率為94%。隨后隨著加熱時(shí)間的增加，污染土壤TPH去除率緩慢增加，當(dāng)加熱時(shí)間為120 min時(shí)，污染土壤TPH去除率達(dá)到了99% 以上。

圖2 土壤熱處理溫度(A)和時(shí)間(B)對(duì)總石油烴去除的影響

以上試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)加熱溫度250 ℃，加熱時(shí)間為10 min進(jìn)行熱處理后，污染土壤TPH大部分去除，低于土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(GB 36600—2018)中規(guī)定的一類用地總石油烴篩選值826 mg/kg[25]。加熱溫度250 ℃ 遠(yuǎn)低于熱解和焚燒的溫度，可以明顯地降低土壤修復(fù)中的能源消耗。

2.2 低溫?zé)崽幚韺?duì)土壤理化性質(zhì)的影響

目前在土壤熱修復(fù)研究和工程應(yīng)用中，加熱可能會(huì)改變土壤性質(zhì)，進(jìn)而影響土壤功能，因此有必要開展低溫?zé)崽幚韺?duì)土壤性質(zhì)影響的研究。

2.2.1 低溫?zé)崽幚韺?duì)土壤顏色和質(zhì)地的影響 如圖3所示，熱處理后土壤顏色發(fā)生變化。250 ℃ 加熱10 min后，污染土壤顏色由濁黃橙變?yōu)榛尹S棕，色調(diào)沒(méi)有變化(10 YR)，彩度(4→3)輕微降低，明度(7→ 4)降低。與有機(jī)碳效果類似，柴油熱解產(chǎn)生的熱解炭會(huì)使土壤顏色變黑[21]。

(CK：背景土壤，未添加柴油；T1：柴油污染土壤；T2：柴油污染土壤在250 ℃ 加熱10 min)

低溫?zé)崽幚韺?duì)土壤質(zhì)地影響較小(表1)。背景土壤砂粒含量為110 g/kg，粉粒含量為539 g/kg，黏粒含量351 g/kg。熱處理后，污染土壤砂粒含量從102 g/kg降到99 g/kg，粉粒含量從544 g/kg 增加到553 g/kg，而黏粒含量從354 g/kg 降低到348 g/kg。一般而言，因?yàn)橥寥赖V物分解需要較高的溫度，因此400 ℃ 以下，土壤質(zhì)地一般不會(huì)發(fā)生很大的變化[22, 28]。然而也有意外情況，Badía 和Martí[29]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)250 ℃ 加熱60 min后，土壤黏粒含量由320 g/kg 降低到170 g/kg，相應(yīng)的砂粒含量由230 g/kg 增加到310 g/kg。土壤加熱過(guò)程中，較小的黏粒會(huì)通過(guò)膠結(jié)作用團(tuán)聚成粉粒，從而導(dǎo)致黏粒含量的降低和粉粒含量的升高。土壤質(zhì)地分組的改變會(huì)影響其他的土壤功能，例如保水能力。

表1 不同處理對(duì)土壤部分理化性質(zhì)的影響

注：表中同列數(shù)據(jù)小寫字母不同表示不同處理土壤間差異達(dá)<0.05顯著水平。

2.2.2 低溫?zé)崽幚韺?duì)土壤全碳含量和有機(jī)碳的影響 表1的元素分析表明，背景無(wú)污染土壤全碳含量9.1 g/kg，污染土壤在250 ℃ 加熱10 min后，全碳含量從13.9 g/kg 變?yōu)?3.7 g/kg。柴油污染土壤全碳含量比背景土壤高，這是其全碳含量計(jì)算中包括了柴油中的碳元素。柴油污染土壤熱處理后全碳含量與加熱前相比略微降低，污染土壤熱處理后全碳含量是背景土壤碳含量1.5倍多，然而柴油大部分被去除(圖2B)，結(jié)合柴油污染土壤熱處理后顏色變黑，說(shuō)明柴油在熱處理過(guò)程中發(fā)生了炭化，大幅提高了熱處理后土壤的碳含量。這與熱解吸處理汽油或者可揮發(fā)性污染物等過(guò)程中，污染物通過(guò)脫附揮發(fā)的去除機(jī)制不同[20]。Vidonish 等[16, 21]也發(fā)現(xiàn)缺氧環(huán)境下加熱土壤，污染物的化學(xué)鍵斷開會(huì)形成自由基，經(jīng)歷芳香縮聚反應(yīng)，產(chǎn)生炭質(zhì)[21]。

土壤有機(jī)質(zhì)含量是影響土壤肥力水平的重要指標(biāo)[30]。低溫?zé)崽幚韺?duì)土壤有機(jī)碳的影響見表1。本研究中背景無(wú)污染土壤有機(jī)碳含量為7.70 g/kg，污染土壤在250 ℃ 加熱10 min后，有機(jī)碳含量從16.78 g/kg變?yōu)?5.16 g/kg，降低僅僅約為10%。一般而言，土壤有機(jī)碳降低的程度與加熱溫度和時(shí)間有關(guān)，當(dāng)加熱溫度不超過(guò)300 ℃，土壤有機(jī)碳不會(huì)急劇地降低[22, 27-28]。在污染土壤焚燒工藝中，土壤有機(jī)碳往往急劇降低，例如Vidonish等[21]研究發(fā)現(xiàn)在烴類污染土壤焚燒工藝中，當(dāng)在620 ℃ 加熱180 min后，土壤有機(jī)質(zhì)降低超過(guò)90%[22, 27-28]。在我們的研究中，因?yàn)榧訜徇^(guò)程是在缺氧氛圍，同時(shí)加熱溫度較低，導(dǎo)致土壤熱處理后有機(jī)碳含量略有降低。柴油污染土壤相對(duì)于背景土壤的有機(jī)碳含量增加一倍，其原因在于柴油主要組分是烴類，在有機(jī)碳的測(cè)定中烴類也會(huì)被當(dāng)做有機(jī)碳計(jì)算。柴油污染土壤加熱后，柴油大部分去除，但是有機(jī)碳含量降低僅僅10%，則是因?yàn)椴裼蜔峤馓炕a(chǎn)生“熱解炭”，使得熱處理后的土壤仍保留較高的有機(jī)碳含量。

2.2.3 低溫?zé)崽幚韺?duì)土壤pH、電導(dǎo)率和陽(yáng)離子交換量影響 低溫?zé)崽幚韺?duì)土壤pH的影響如表1所示，背景土壤pH為7.39，熱處理后，污染土壤pH由7.39降為6.88。一般而言，加熱會(huì)提高土壤pH[18, 21, 27, 31-32]，也有報(bào)道汞污染土壤在160 ℃ 加熱60 min后，土壤pH降低[33]。在我們的研究中，加熱導(dǎo)致土壤pH降低，與背景土壤相比，污染土壤加熱后pH降低幅度較小。土壤pH降低可能是因?yàn)橥寥兰訜岷?，土壤有機(jī)質(zhì)釋放CO2，CO2礦化形成HCO– 3，并且釋放質(zhì)子，導(dǎo)致土壤pH略微降低[19, 33]。背景土壤電導(dǎo)率為155 mg/L，而污染土壤熱處理后電導(dǎo)率由143 mg/L增加到399 mg/L(表1)，加熱會(huì)導(dǎo)致土壤電導(dǎo)率升高，結(jié)果與前人研究一致[34]。加熱會(huì)導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)發(fā)生轉(zhuǎn)化，釋放鹽基離子，提高土壤電導(dǎo)率。

低溫?zé)崽幚砬昂?，土壤?yáng)離子交換量的變化結(jié)果如表1所示。背景無(wú)污染土壤陽(yáng)離子交換量為16.8 cmol/kg，熱處理后，土壤陽(yáng)離子交換量降低，污染土壤陽(yáng)離子交換量由16.9 cmol/kg降為14.8 cmol/kg。

2.2.4 低溫?zé)崽幚韺?duì)土壤田間持水量的影響 保持合適的田間持水量對(duì)于修復(fù)后土壤再次種植植物非常重要。如表1所示，背景土壤田間持水量為0.28 g/g土，熱處理后，污染土壤田間持水量從0.32 g/g土降低為0.29 g/g土，與背景土壤相比，污染土壤加熱后田間持水量幾乎沒(méi)有改變。Yi 等[27]發(fā)現(xiàn)熱處理后土壤田間持水量由0.272 g/g土增加到0.292 g/g土；Vidonish 等[21]發(fā)現(xiàn)土壤熱解后田間持水量變化不顯著。試驗(yàn)中，原始柴油污染土壤田間持水量之所以最大，是因?yàn)橥寥篮娓蛇^(guò)程中柴油也會(huì)揮發(fā)。

2.2.5 低溫?zé)崽幚韺?duì)土壤養(yǎng)分的影響土壤養(yǎng)分含量是表征土壤健康狀況的重要指標(biāo)，低溫?zé)崽幚韺?duì)土壤養(yǎng)分狀況的影響見表1。熱處理后，土壤全氮含量升高，污染土壤加熱后NH4+-N和NO– 3-N含量增加分別超過(guò)5倍和15倍。Pape 等[22]發(fā)現(xiàn)在250 ℃ 加熱，增加了一種土壤中的總氮含量，而相同的熱處理?xiàng)l件導(dǎo)致另一種土壤總氮含量降低。Roh等[35]研究發(fā)現(xiàn)350 ℃ 加熱土壤導(dǎo)致總氮由2.2 g/kg 降低到1.6 g/kg，當(dāng)加熱到600 ℃，總氮降低到0.7 g/kg。Vidonish 等[21]發(fā)現(xiàn)420 ℃ 熱解會(huì)導(dǎo)致一種土壤總氮增加一倍，相同加熱條件卻會(huì)導(dǎo)致另一種土壤總氮降低45%，在650 ℃ 焚燒會(huì)導(dǎo)致總氮急劇降低。在陰燃中總氮幾乎被完全降解[22]。一般而言，在低于220 ℃ 條件下，土壤中總氮含量不會(huì)降低[36]。在我們的試驗(yàn)中，低溫?zé)崽幚砗?，NH4+-N和NO– 3-N含量大幅升高，主要是因?yàn)榧訜嵬寥罆?huì)導(dǎo)致有機(jī)氮礦化為NH4+-N和NO– 3-N，這與Glass 等[36]觀察到的結(jié)果一致。

3 結(jié)論

1)柴油污染土壤低溫?zé)崽幚碓囼?yàn)表明，隨著加熱溫度的升高，污染土壤總石油烴(TPH)去除率也不斷提高，當(dāng)溫度高于250 ℃ 時(shí)，污染土壤TPH去除率達(dá)到了99% 以上。在250 ℃ 時(shí)，隨加熱時(shí)間延長(zhǎng)，污染土壤TPH去除率也不斷提高，加熱10 min后，污染土壤TPH去除率為94%，低于土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的一類用地TPH篩選值826 mg/kg。

2)元素分析結(jié)合柴油污染土壤熱處理后顏色變黑，說(shuō)明柴油在熱處理過(guò)程中發(fā)生了炭化，這是污染土壤中柴油去除的主要反應(yīng)機(jī)制。

3)低溫?zé)崽幚砗笸寥李伾蓾狳S橙變?yōu)榛尹S棕，彩度、明度和土壤有機(jī)碳降低，土壤pH、土壤質(zhì)地、陽(yáng)離子交換量、田間持水量、總氮等理化性質(zhì)變化較小，NH4+-N和NO– 3-N加熱后大幅升高。

4)目前我國(guó)熱修復(fù)工程實(shí)施較多，但缺乏對(duì)修復(fù)后土壤性質(zhì)變化進(jìn)行綜合評(píng)估，研究結(jié)果可為熱修復(fù)后土壤的再利用(生態(tài)用地和農(nóng)田等)提供借鑒。

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Low-temperature Thermal Treatment of Diesel-contaminated Soil and Its Effect on Soil Physicochemical Properties

REN Jiaqiang1,2, SONG Xin1*, HE Yue3*

(1 Key Laboratory of Soil Environment and Pollution Remediation, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China; 2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3 Nanjing Institute of Environmental Sciences, Ministry of Ecology and Environment, Nanjing 210042, China)

The production, storage and transportation of diesel are likely to cause diesel contamination in soil. Thermal treatment is commonly used to remediate volatile and semi-volatile contaminated soils. However, heating can alter soil properties. This paper gives a comprehensive assessment on the removal efficiency of diesel-contaminated soil using low-temperature thermal treatment (LTTT) and the impact of LTTT on soil physicochemical properties. The optimization results of LTTT experiments showed that the total petroleum hydrocarbon (TPH) removal efficiency was 94% after LTTT at 250 ℃ for 10 min, resulting in a residual TPH concentration of 358.7 mg/kg, lower than the risk screening level of 826 mg/kg. Overheating and/or excessive heating duration can lead to excessive energy consumption and adversely affect the physicochemical properties of soil. The comparison on soil properties showed that soil color changed from yellowish orange to grayish brown, and the slight decreasing trends were observed as follows: soil pH from 7.39 to 6.88, CEC from 16.9 cmol/kg to 14.8 cmol/kg, and water holding capacity from 0.32 g/g soil to 0.29 g/g soil. In addition, soil organic carbon decreased by about 10%, while NO– 3-N and NH4+-N values increased by more than 14 and 4 times, respectively. No significant change was observed in soil texture and total nitrogen. It was inferred based on the elemental analysis and change in soil color that pyrolytic carbon was formed in LTTT process, which was the main removal mechanism of diesel by LTTT in contaminated soil. Therefore, it can be concluded that LTTT is a fast and efficient soil remediation technology, and the optimization of heating temperature and time is the key to make LTTT a green and sustainable remediation technology for applications on diesel-contaminated soil.

Contaminated soil; Low-temperature thermal treatment; Diesel; Soil properties

X53

A

10.13758/j.cnki.tr.2020.05.012

任家強(qiáng), 宋昕, 何躍. 柴油污染土壤低溫?zé)崽幚砑捌鋵?duì)土壤理化性質(zhì)的影響. 土壤, 2020, 52(5): 956–961.

中國(guó)科學(xué)院科技服務(wù)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃(STS計(jì)劃)項(xiàng)目(KFJ-STS-ZDTP-039)和中國(guó)科學(xué)院重點(diǎn)部署項(xiàng)目(KFZD-SW-303)資助。

任家強(qiáng)(1994—)，男，陜西銅川人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)橥寥琅c地下水環(huán)境污染修復(fù)。E-mail: jqren@issas.ac.cn