焦化场地多环芳烃(PAHs)修复技术研究进展.pdf
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1、Hans Journal of Soil Science 土壤科学土壤科学,2023,11(3),127-133 Published Online July 2023 in Hans.https:/www.hanspub.org/journal/hjss https:/doi.org/10.12677/hjss.2023.113017 文章引用文章引用:曹银,陈佳进,杨成方,戴雨婷,姚帆,张静.焦化场地多环芳烃(PAHs)修复技术研究进展J.土壤科学,2023,11(3):127-133.DOI:10.12677/hjss.2023.113017 焦化场地焦化场地多环芳烃多环芳烃(PAHs)修
2、复技术修复技术研究进展研究进展 曹曹 银银1,陈佳进,陈佳进1,杨成方杨成方1*,戴雨婷戴雨婷1,姚,姚 帆帆2*,张,张 静静2 1徐州工程学院环境工程学院,江苏 徐州 2徐州山河青生态环境技术研究院有限公司,江苏 徐州 收稿日期:2023年6月15日;录用日期:2023年7月17日;发布日期:2023年7月21日 摘摘 要要 我国是一个焦炭生产大国我国是一个焦炭生产大国,焦化过程中产生的废气、废水和固体废物含有多种有害物质,最主要的是多,焦化过程中产生的废气、废水和固体废物含有多种有害物质,最主要的是多环芳烃环芳烃(PAHs)。PAHs具有较高的毒性和持久性,对环境和人体健康造成潜在风险。
3、本文具有较高的毒性和持久性,对环境和人体健康造成潜在风险。本文通过对国内外通过对国内外PAHs各修复技术的机理及过程,及修复技术使用时的局限性进行总结分析,并对未来各修复技术的机理及过程,及修复技术使用时的局限性进行总结分析,并对未来PAHs修复技术修复技术进进一步的探索方向一步的探索方向进行展望。这为进行展望。这为后续开展后续开展PAHs修复技术的修复技术的研究提供参考和借鉴研究提供参考和借鉴。关键词关键词 多环芳烃,修复技术,降解机理多环芳烃,修复技术,降解机理 Research Progress on Remediation Technologies for Polycyclic Aro
4、matic Hydrocarbons(PAHs)in Coking Sites Yin Cao1,Jiajin Chen1,Chengfang Yang1*,Yuting Dai1,Fan Yao2*,Jing Zhang2,1College of Environmental Engineering,Xuzhou University of Technology,Xuzhou Jiangsu 2Xuzhou Shanheqing Ecological Environment Technology Research Institute Co.,Ltd.,Xuzhou Jiangsu Receiv
5、ed:Jun.15th,2023;accepted:Jul.17th,2023;published:Jul.21st,2023 Abstract China is a major producer of coke,and the emissions from coking processes contain various harmful substances,with polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs)being the most significant.PAHs are highly toxic and persistent,posing pote
6、ntial risks to the environment and human health.*通讯作者。曹银 等 DOI:10.12677/hjss.2023.113017 128 土壤科学 This article provides a summary and analysis of the mechanisms and processes of various remed-iation technologies for PAHs,both domestically and internationally.It also discusses the limita-tions of the
7、se techniques and provides prospects for future exploration in PAHs remediation technologies.This serves as a reference for future research on PAHs remediation.Keywords Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,Rremediation Technologies,Degradation Mechanisms Copyright 2023 by author(s)and Hans Publishers In
8、c.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License(CC BY 4.0).http:/creativecommons.org/licenses/by/4.0/1.引言引言 我国是一个焦炭生产大国,焦炭生产量长期位居世界前列。焦化产能也从 2017 年的 6.5 亿 t 增加至2018 的 6.9 亿 t。焦化厂在炼焦过程中将烟煤放入焦化炉中隔绝于空气,并加热到(1000 100),再经过干燥、热解、熔融、黏结、固化和收缩等阶段最终制得焦炭。炼焦过程会产生有机或无机的污染物,对环
9、境产生影响,使得水资源和地下土壤资源短缺的问题更加严峻,从而影响人类自身1 2。焦化行业中典型污染物为 PAHs(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs),PAHs 是一类含有个或个以上苯环的碳氢化合物,具有致癌、致畸、致突变和难被生物降解的特性。PAHs 还因其疏水性、辛醇水分配系数高而易于吸附在土壤有机质中,同时容易通过食物链富集到人体中,危害人体健康。因此,修复焦化类工业场地 PAHs 污染土壤已成为研究者普遍关注的问题3 4 5。PAHs 污染场地修复技术主要为化学氧化修复技术(光催化氧化、臭氧氧化、超声波氧化等技术)、生物修复技术、热脱附技术、化学
10、淋洗、电动修复技术等2 3 6 7。需要注意的是,选择适当的修复技术应考虑 PAHs 的类型和浓度、土壤或水体的特性、环境条件和治理目标等因素。2.多环芳烃主要修复技术多环芳烃主要修复技术 2.1.生物修复生物修复技术技术 焦化场地 PAHs 土壤生物修复的机理是微生物对 PAHs 的降解能力。微生物(如细菌、真菌和放线菌)具有 PAHs 代谢酶系统,可以利用 PAHs 作为碳源和能源,通过代谢过程将其降解为较简单的化合物8。当前主要研究主要集中在以下几个方面:1)生物菌株降解能力筛选、适应性培养及降解效果;2)生物激活剂应用,通过添加生物激活剂可以有效降低土壤中 PAHs 浓度,有效提高生物
11、修复技术;3)土壤微生物群落结构对焦化场地 PAHs 修复效果的影响,优势菌株的丰度可以直接影响修复效果。生物降解代谢过程如图 1 所示,包括:1)吸附和吸取:PAHs 首先与微生物细胞表面发生物理吸附和化学吸取,使 PAHs 分子与微生物紧密接触。2)分解和切割:微生物通过特定的酶系统,将 PAHs 分子切割成较小的代谢产物。这个过程涉及酶的作用,如氧化酶、还原酶和水解酶等。3)转化和降解:降解产物进一步转化为更简单的化合物。这可能涉及酶的作用,如脱氢酶、氧化酶和水解酶等,以改变降解产物的化学结构。4)氧化和还原:微生物利用氧化酶和还原酶等酶的作用,将降解产物中的氧化态和还原态之间进行转换,
12、以促进降解过程。5)脱羧和脱氧:部分降解产物可能经历脱羧和脱氧等反应,使其分子结构进一步简化。6)合成和利用:在降解过程中,微生物可能利用产生的代谢产物合成自身所需Open AccessOpen Access曹银 等 DOI:10.12677/hjss.2023.113017 129 土壤科学 的物质,如能源和细胞组分。Figure 1.Biological degradation metabolic pathway 图图 1.生物降解代谢过程 生物降解修复 PAHs 是一个复杂的过程,其中涉及多种酶的协同作用。研究指出,土壤微生物通过多种酶系统对 PAHs 进行降解,降解产物通常具有较低的毒
13、性和生物可降解性9,降解代谢过程还会受到土壤环境条件(如温度、氧气供应、pH 值等)和微生物群落的影响。2.2.化学修复化学修复技术技术 化学修复技术是利用化学方法来降低土壤中污染物的浓度和毒性。在焦化场地 PAHs 污染修复中,土壤化学修复过程包括吸附、氧化及使用降解助剂等。2.2.1.吸附吸附 土壤中的 PAHs 可以与土壤颗粒表面发生物理或化学吸附,利用吸附剂将 PAHs 吸附在其表面,从而降低其在土壤中的可溶性和生物有效性。土壤中常见的吸附剂包括活性炭、蒙脱土、天然有机质等。这些吸附剂具有大量的孔隙和表面活性位点,能够吸附 PAHs 分子,从而有效地降低其浓度。研究了焦化废水对土壤 P
14、AHs 污染的影响以及化学修复的效果。研究结果表明,通过添加适当的吸附剂(如活性炭、蒙脱土)可以显著降低土壤中 PAHs 的浓度,吸附剂的投加量和接触时间对修复效果有明显影响10。2.2.2.氧化氧化 利用氧化剂和还原剂来促进 PAHs 的降解和转化。氧化剂可以将 PAHs 氧化成较低毒性的化合物,常用的氧化剂包括过氧化氢、高锰酸钾等。氧化反应可以破坏 PAHs 的分子结构,将其转化为氧化产物,如羧酸、酮类和醛类,这些产物通常具有较低的毒性和生物降解性。化学氧化法修复焦化场地 PAHs 污染土壤的效果。研究发现,使用过氧化氢等氧化剂可以有效降解 PAHs,降低其浓度,达到修复目标。还原剂可以还
15、原 PAHs,将其转化为较低毒性的化合物,常用的还原剂包括亚铁离子、硫酸亚铁等11。不同还原剂对焦化场地 PAHs 污染土壤修复效果的影响12。亚铁离子和硫酸亚铁等还原剂可以有效还原PAHs,将其转化为较低毒性的化合物,并降低其在土壤中的残留13。2.2.3.使用降解助剂使用降解助剂 一些化学物质被用作降解助剂,可以增强 PAHs 的降解过程。这些助剂可能包括增强微生物降解的曹银 等 DOI:10.12677/hjss.2023.113017 130 土壤科学 营养物质、活性物质和催化剂等。它们可以促进微生物的生长和降解代谢活性,加速 PAHs 的降解过程。2.2.4.其他化学处理方法其他化学
16、处理方法 还有一些其他的化学处理方法可以应用于焦化场地 PAHs 污染土壤的修复,例如化学氧化、还原、配位等方法。这些方法通过改变 PAHs 的结构或形态,从而降低其毒性和生物可利用性。需要注意的是,具体的化学修复方法的选择和应用要根据 PAHs 的类型、污染程度、土壤特性以及环境条件等因素来确定10。此外,化学修复通常需要综合考虑其他修复技术(如生物修复、热解等)以达到更好的修复效果。在实际应用中,应该进行现场调查和实验研究,以确定最合适的修复方案。3.热解和热脱附修复热解和热脱附修复技术技术 3.1.机理及过程机理及过程 土壤热解是通过高温加热土壤,将 PAHs 在高温下分解和转化为气体和
17、液体产物,从而实现其去除和降解。热脱附是利用高温加热将 PAHs 从土壤颗粒表面脱附出来,从而降低其在土壤中的残留和可溶性。土壤热解和热脱附修复包括前处理、热解和热脱附三步。土壤热解和热脱附修复技术可以有效地去除 PAHs 污染物,降低其在土壤中的残留浓度。研究表明,在适当的温度范围内,土壤热解和热脱附可以实现 PAHs 的高效降解和去除,修复效果受多种因素的影响,包括温度、处理时间、土壤性质和污染物类型等14。3.2.在实际应用中需要考虑在实际应用中需要考虑的的问题问题 虽然热解和热脱附修复技术在一些研究和实践中显示出潜力,但其应用仍面临一些挑战和限制。如高温处理需要大量的能源和设备投资,成
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