污染土壤中硝基苯热脱附研究

以南京黄棕壤和江西红壤为实验土样,通过实验室批量热脱附试验,研究了热脱附温度、热脱附时间、土壤含水率、初始浓度以及土壤类型等对污染土壤中硝基苯热脱附效率的影响。结果表明,当土壤含水率2%,硝基苯初始浓度165.54 mg/kg,脱附温度300℃,脱附时间30 min时,硝基苯的热脱附效率为85.88%,处理后土壤中硝基苯残留浓度为23.37 mg/kg,远低于展览会用地土壤环境质量评价标准（HJ350-2007）（暂行）中的B级标准限值（100 mg/kg）。土壤含水率过高和过低都不利于硝基苯的脱附,当含水率为15% 时,达到了最佳的热脱附效果。硝基苯初始浓度对其脱附效率有较大的影响,随初始浓度的增加,硝基苯脱附效率呈现增大的趋势。而土壤类型对硝基苯热脱附效率的影响较小,在实际修复过程中可以忽略。研究结果可为热脱附法修复硝基苯污染土壤的实际应用提供科学依据。     

PAHs污染土壤热脱附过程关键影响因素及脱附动力学研究

土壤多环芳烃(PAHs)污染已严重威胁生态环境安全和人类生命健康。通过异位热脱附试验探究了PAHs初始浓度、土壤含水率和土壤粒径对脱附效率的影响,并采用一级、二级动力学和指数衰减模型对PAHs热脱附过程进行拟合,以探究土壤中PAHs热脱附的去除机制。结果表明,在同等条件下,随着PAHs初始浓度的增加,脱附效率随之升高,且在热脱附20～40 min时提高初始浓度可明显提高PAHs的去除率。土壤含水率对于PAHs不同组分的作用具有一定的差异性,当土壤含水率为16%,萘(Nap)、菲(Phe)和蒽(Ant)达到最佳去除率,而荧蒽(Fla)和芘(Pyr)最大去除率对应的土壤含水率为13%。在相同脱附条件下,土壤粒径越小,土壤中PAHs的去除率越高。研究发现指数衰减模型对PAHs各组分的脱附过程具有更好的拟合效果。土壤中PAHs热脱附主要分为两个阶段:(1)PAHs受到土壤中水的蒸发作用从土壤颗粒表面快速蒸发;(2)PAHs的蒸发速率受到土壤孔隙内部扩散的限制,以非常缓慢的速度从土壤中脱除。     

气相抽提法（SVE）去除土壤中挥发性有机污染物的试验研究

通过模拟土壤气相抽提技术（Soil Vapor Extraction,SVE）通风处理甲苯、乙苯、正丙苯混合污染的黄棕壤,研究了不同通风流量、不同土壤含水率、间歇通风等因素对目标污染物去除率的影响。结果表明,通风流量和含水率是影响去除率的重要因素。当柱径14 cm、土壤粒径为10目连续通风时,最佳通风流量为0.15 L.min-1,最佳含水率约17.98%条件下,甲苯、乙苯、正丙苯的去除率分别为99.84%、99.45%、98.25%,总挥发性有机物（Total VOCs,TVOCs）去除率达到了99.30%,且优于间歇通风;含水率为6.01%、24.73%时,TVOCs的去除率仅为63.03%、89.03%,表明含水率过高或过低都不利于VOCs的去除;苯环上支链越长,分子量越大,沸点越高,越难以被脱附去除,反之亦然,表明有机物的分子结构和大小也是影响通风效果的重要因素。     

污染土壤中PAHs水蒸气剥离法试验研究

对水蒸气剥离法去除污染土壤中多环芳烃(PAHs)进行了研究,研制了实验室规模的污染土壤中PAHs水蒸气剥离法试验装置,获得了多环芳烃脱附的基本试验数据,考察了泥浆质量流量、泥浆浓度和反应温度对脱附效率的影响,对上述影响因素进行了分析,确定了分离工艺的最佳参数范围,为大规模治理污染土壤提供了可靠依据。试验结果表明,泥浆流速增加会显著降低脱附效率,一般应取G≤2 kg/s为好。另外,提高反应温度则会使脱附效率有所增加,故反应器内温度保持在150～200℃范围内较好。     

基于热脱附法的汞污染土壤修复研究进展

以汞为代表的重金属土壤污染已成为当前最受关注的环境议题之一。为去除土壤中的汞成分,使土壤满足工农业使用要求,人们已提出了多种技术手段,其中热脱附法以其诸多优点受到了大量关注。本文详细介绍了热脱附法的装置和工作原理,并根据已有研究和工程案例总结了该方法用于汞污染土壤修复应注意的问题,以及后续技术发展的方向。     

聚氯乙烯行业汞污染场地土壤修复技术研究进展

聚氯乙烯行业将成为我国汞公约履约的最重要领域,相关产业生产、升级、腾退转型导致的汞污染地块潜在数量与风险巨大,需要提前开展相关修复技术储备和工程应用实践研究;通过调研总结我国聚氯乙烯行业产业特点、生产工艺导致的汞污染途径与风险特征,对国内外汞污染地块土壤修复常用的修复技术有固化稳定化、热脱附和土壤淋洗等;从污染源控制、污染扩散阻隔、污染土壤及地下水修复等多方面和技术特性、工程实施两个维度,选取修复技术指标,提出多层次构建修复技术筛选矩阵标准;以期为聚氯乙烯行业汞污染地块环境评估与修复提供技术参考。     

挥发性有机物污染土壤工程修复技术研究进展

在论述挥发性有机物污染土壤的特性基础上,着重回顾了此类污染土壤的工程修复技术的研究进展,并重点介绍适用于挥发性有机物污染土壤治理的热解吸、光降解、土壤淋洗和土壤气相抽提等工程修复技术的应用及其影响因素,为我国今后开展类似工作提供了技术借鉴。     

利用热脉冲技术测量土壤表层含水率

准确测定表层土壤水分对陆地-大气间水热交换研究具有重要意义。由于对土壤结构影响轻微,热脉冲技术在原位监测含水率方面具有较大优越性,但目前田间应用集中在5 cm以下土层。该研究利用多针热脉冲传感器测定土壤容积热容量,然后基于热脉冲含水率法和热脉冲含水率变化法分别得到了3、9、21和39 mm的土壤含水率。结果表明,与烘干法含水率比较,热脉冲含水率变化法含水率在4个深度的均方根误差分别为0.022、0.006、0.004和0.006 m3/m3,均小于相应深度上热脉冲含水率法含水率的均方根误差。另外,热脉冲含水率变化法也降低了4个热脉冲传感器测定含水率的变异性。因此,热脉冲技术能够监测表层的土壤水分动态,表层土壤含水率的均方根误差在0.022 m3/m3以内。     

基于AHP筛选的有机污染土联合修复技术案例研究

为了研究联合修复技术在有机物污染场地中的筛选方法以及修复效果，以山西某搬迁遗留场地土壤修复工程为案例，本文提出了采用层次分析法（AHP）对常用的物理、化学、生物修复技术方法进行优选，最终确定“常温解吸+异位热脱附+填埋场覆土利用+水泥窑协同处置”的新联合修复模式，并且研究了该联合修复模式的处理效果及其对环境造成的影响。结果表明，AHP可用于有机污染场地修复最佳方案的筛选；采用该联合修复模式费用低、效果良好且未对周围环境造成影响。可见该联合修复模式能够有效地处理此类型场地污染土体。该修复模式的成功实施为类似污染场地土壤修复项目提供了借鉴和参考价值，并在一定程度上控制了土壤资源的流失。     

舟山沿海土壤机油污染的电阻率变化特征及物理影响因素研究

为探索舟山沿海土壤在机油污染情况下电阻率的变化规律及影响因素,通过室内配制污染土,采用单因素分析法研究机油污染砂土、砂质壤土和粉砂质壤土的电阻率变化与土壤质地类型、含水率、含油率及时间的关系。结果表明,土壤构成及含水率与含机油率均对土壤电阻率产生影响。未污染和污染土的电阻率随着含水率的增加呈幂指数下降趋势,其规律符合Archie公式,同时含水率对土壤电阻率的影响大于含油率的影响,并且在一定程度上机油的存在会削弱含水率的影响。5%含水率时,砂质壤土电阻率随含油率增加变化幅度最大,砂土次之,粉砂质壤土最小;15%含水率时,电阻率变化幅度为砂土>砂质壤土>粉砂质壤土。另外,低含水率(5%水)下机油污染粉砂质壤土电阻率随时间的变化波动减小,而高含水率(15%)下则是波动增加,即在经过18~20天后出现小幅下降随后继续增加。根据污染土壤电阻率变化特征可以判断是否存在机油污染,监测效果砂土和砂质壤土优于粉砂质壤土,低含水率条件监测效果优于高含水率条件。研究成果可为土壤机油污染的电阻率法监测提供理论支持。     

原状土与装填土热特性的比较

土壤热特性是研究土壤—植物—大气系统中能量传输的必要参数。目前的研究集中在室内装填土柱上热特性与含水率、质地、温度和体积质量(容重)等因素的关系,田间条件下土壤结构对热特性影响的报道很少。该研究通过比较2种质地土壤田间原状土和室内装填土热特性的差异,初步探讨了不同含水率范围内结构形成对土壤热特性的影响。采集田间原状土,在室内利用热脉冲技术测定其热容量、热导率和热扩散率;然后将样品磨碎、过2mm土筛,填装后得到相同体积质量和含水率的装填土壤样品,并测定其热特性。结果表明,装填土和原状土的热容量基本一致;在中等含水率区域(砂壤土:0.07～0.24m3/m3;壤土:0.15～0.31m3/m3),重新装填后砂壤土和壤土的热导率分别降低了9.7%和9.8%。另外,结构形成增加了土壤热扩散率,在中等含水率区域尤其明显;在接近饱和区域,原状土与装填土的热扩散率趋于一致。因此,土壤结构形成对土壤热容量没有显著影响,但提高了中等含水率区域土壤的热导率和热扩散率。     

强化生物通风修复柴油污染土壤影响因素的正交实验

生物通风是继SVE后又一项主要的生物修复技术,在石油污染土壤修复中拥有广阔的前景。为寻求最佳修复效果的最优组合,采用生物通风修复柴油污染土壤的正交土柱实验,对影响生物通风修复效果的5个主要因素（污染强度、土壤含水率、C：N：P、通风的孔隙体积数、通风方式）进行了定量化。结果表明,利用强化生物通风可以在柴油污染土壤的治理中取得较好的效果;方差分析各因素均无显著性影响;极差分析得到影响强化生物通风柴油去除效果的最主要因素为土壤含水率、污染强度,次主要因素为C：N：P、通风的孔隙体积数,而通风方式对去除率的影响很小;在实验的不同阶段有些因素的最优水平有不同程度的改变,总体来说各因素的最佳水平分别为：土壤含水率为4．88％,污染强度为40000mg·kg^-1,C：N：P为100：20：1,通风的孔隙体积数为4,而通风方式的两种水平对去除率的影响相差不大。     

利用非线性模型提高加长型热脉冲双探针土壤热参数测定精度

热脉冲双探针技术被广泛应用于土壤热参数和含水率的测定。然而长度为2.8 cm的常规热脉冲双探针空间测试范围太小,加长探针可增加测定结果的代表性,但容易出现探针倾斜(探针间距改变),进而影响测量精度。设计制作了长度为10 cm的热脉冲双探针,通过室内土柱试验测定了四种倾斜方式(共面外倾、非共面外倾、共面内倾以及非共面内倾)下的土壤热参数和含水率,并利用线性和非线性修正模型对探针倾斜引起的测定误差进行了校正。结果表明:对于加长型双探针,非线性模型对探针间距的原位校正效果明显优于线性模型;非线性模型校正后的土壤容积热容和含水率准确度大幅提高。有效解决了加长型热脉冲双探针倾斜引起的测量误差,为探针的广泛应用提供了理论基础。     

滴灌条件下水土温度对覆砂土壤水热运移影响的数值模拟

为探究滴灌条件下水温与土温对覆砂土壤水热运移规律的影响,基于HYDRUS-2D构建了不同水土温度土壤水热运移数值模型,模拟分析了不同水土温度对覆砂土壤水分、温度动态变化的影响。结果表明:灌溉水温对土壤水热分布影响显著,随着温度升高,土壤湿润体内含水率减小,表现为35℃水温20℃水温5℃水温,灌溉水温对土壤剖面温度分布也有较大影响,表层0—15 cm范围内温度变化了5～10℃。相同水温条件下,随着土壤温度升高,土壤饱和导水率增大,湿润土体内体积含水率减小,表现为30℃土壤温度15℃土壤温度5℃土壤温度。滴灌水平和垂直湿润锋运移距离随温度升高而增大,湿润锋运移距离与时间符合幂函数F=at~b,决定系数R~2介于0.977 4～0.999 6,并建立了水平和垂直湿润锋运移距离与入渗时间和温度的关系模型。以期为西北干旱地区砂石覆盖生态农业的合理补灌提供理论指导。     

研究土壤热湿迁移特性的非平衡热力学方法

运用非平衡热力学理论分析了土壤非饱和区热湿迁移的热力学“力”和“流”,建立了迁移过程的热力学唯象方程。通过对土壤非饱和区热湿迁移机理的分析,利用扩散定律和气体状态方程推导了热湿迁移唯象方程中的有关唯象系数的数学表达式,分析了温度、含水率及蒸汽分压力对唯象系数的影响。     

柴油污染土壤低温热处理及其对土壤理化性质的影响

石油化工厂加工、储藏、运输过程以及储油罐的泄露等造成的柴油污染土壤普遍存在。热处理技术具有快速高效的特点,但加热可能会改变土壤理化性质,因此本文综合评价了低温热处理对柴油污染土壤的修复效率及其对土壤理化性质的影响。结果显示：低温热处理技术可以快速高效地修复柴油污染土壤,对污染土壤在250 ℃加热10 min,就可以达到修复目标。低温热处理后土壤pH、土壤质地、阳离子交换量、田间持水量和总氮等理化性质变化较小,土壤有机碳、硝态氮和铵态氮加热后大幅升高。加热前后的土壤元素分析结果和土壤颜色变化说明加热过程中烃类炭化转化为“热解炭”,这是污染土壤中柴油去除的主要反应机制,与热解吸处理汽油或者可挥发性污染物等过程中,污染物通过脱附挥发的去除机制不同；同时这种“热解炭”可能起到一种类似生物炭的缓冲作用,缓冲了加热对土壤pH和田间持水量等的改变。本研究对低温热处理前后关键土壤理化性质变化的综合评估表明：合理优化低温热处理的加热温度和加热时间是使低温热处理成为一修复柴油污染土壤的绿色可持续性修复技术的关键。     

基于热脉冲方法的南方红壤蒸发原位监测

基于热脉冲技术的能量平衡方法是一种原位实时监测土壤蒸发速率技术。热脉冲方法的准确性受地表气象条件、土壤类型等因素影响,目前该技术多应用于质地较砂北方旱地土壤。为进一步验证热脉冲方法在质地较黏的南方红壤上监测蒸发速率的适用性,该研究利用热脉冲传感器与微型蒸渗仪开展了为期30 d的监测试验,对比了热脉冲能量平衡方法与微型蒸渗仪测得日蒸发速率以及累积蒸发量,并通过监测土壤含水率变化和气象因子,评价了红壤区土壤蒸发的主要影响因素。结果表明,热脉冲方法测得的日蒸发速率与微型蒸渗仪监测值变化趋势相同,试验期间两种方法测得日蒸发速率最大相差0.80 mm/d,最小相差0.02 mm/d,决定系数R2=0.52。两种方法测得的累积蒸发量随时间变化值之间具有更强的相关性（R2=0.99）,30 d内微型蒸渗仪监测的总累积蒸发量为19.3 mm,热脉冲方法监测的累积蒸发量为24.4 mm。由于降水影响,微型蒸渗仪漏测了7 d的蒸发速率,剔除该7 d数据后,二者仅相差4.6%。相比于传统的微型蒸渗仪法,热脉冲方法具有自动化的优点,且能够实时监测剖面微尺度（mm尺度）上蒸发动态。研究区红壤的日蒸发速率与各因子的相关程度由大小为土壤含水率、净辐射、风速、气温。研究结果表明热脉冲能量平衡方法能够准确地监测南方红壤区土壤蒸发动态,研究可为红壤区水热循环研究提供技术和理论支撑。     

有机污染物根际胁迫及根际修复研究进展

根际环境及根际微生物是植物降解有毒有害有机污染物的基础。污染土壤植物修复的纵深研究产生了根际修复新技术。通过总结近20年来有机污染物胁迫的根际效应的研究,探讨了有机物污染士壤根际修复的可能性,为加强有机污染物在环境中的迁移、调控研究及土壤有机物污染的原位修复提供有利信息。     

土壤气相抽提技术修复柴油污染场地示范研究

土壤气相抽提(SVE)是一种广泛应用于石油类污染土壤修复工程中的原位修复技术,在广东某柴油污染场地开展SVE技术修复示范工程,探讨SVE技术对此类污染场地的修复效果。结果表明:经过3个多月的修复,土壤中总石油烃的最高去除率达64.88%,在试验进行50d后高浓度的挥发性有机物基本被去除,中低浓度污染物仍然存在,土壤中有效磷和速效氮含量与污染物的生物降解作用相关。为缩短修复时间、降低成本,应将SVE与生物通风技术相结合,并采用相应的强化措施(如添加菌剂和营养物质等),以期获得更高的修复效果。     

冻融期积雪覆盖下土壤水热交互效应

为了研究季节性冻土区土壤水热时空分异特征,揭示冻融过程中的水热相互作用机理及其复杂性。在松嫩平原黑土区,以野外实测试验数据为基础,分别建立裸地、自然降雪、积雪压实和积雪加厚覆盖处理条件下20 cm土层土壤含水率和温度的耦合模型,并通过对比模型的预测效果研究土壤水热变化的复杂程度,采用差异性分析和基于小波变换的分形理论方法定量研究含水率与温度序列的变异波动性和分维指标,进而验证不同覆盖处理条件对于土壤水热空间变异复杂性的影响。结果表明:冻结期,积雪阻碍了环境因素对于土壤水热迁移过程的影响,土壤含水率和温度的耦合效果较好,并且预测值与实测值能够较好的吻合,裸地、自然降雪、积雪压实、积雪加厚处理条件下的相对误差分别为0.42%、0.31%、0.13%和0.06%,随着积雪厚度的增加和密度的增大,含水率和温度的差异性减弱,复杂程度逐渐降低;融化期,积雪覆盖区的融雪水入渗抑制了土壤温度稳定提升,含水率出现骤然升高的现象,自然降雪、积雪压实、积雪加厚条件下的含水率变化分别为14.31%、15.90%和16.91%,土壤温度变化范围分别为-5.9~5.3、-3.6~6.9和-3.1~3.8℃,二者的互作效应减弱,并且随着积雪覆盖量的增加,土壤的水热时空迁移复杂程度逐渐增强。同时,采用基于小波变换的分形理论研究土壤含水率和温度的时间序列复杂性精度较高、结果可靠。该研究对于揭示冻土区土壤水热迁移动态规律,准确预测春播期土壤温度和墒情,合理高效地利用松嫩平原的土壤水资源具有重要的理论价值和现实意义。