O3纳米气泡强化表面活性剂修复柴油污染土壤

庞中正,周慧平,杨松楠,冯 胜

O3纳米气泡强化表面活性剂修复柴油污染土壤

庞中正,周慧平*,杨松楠,冯 胜**

(常州大学环境与安全工程学院,江苏 常州 213164)

实验将纳米气泡(直径50～270nm)与臭氧相结合,对比臭氧纳米气泡处理后对3种表面活性剂去除土壤中柴油污染物的增效作用,并探讨表面活性剂浓度、土质以及土壤老化时间等不同条件对污染物去除率的影响.对不同方式处理后的土壤样品进行XRD、FTIR表征,采用GC/MS对柴油组分的降解产物进行分析.结果表明,同等条件下3种表面活性剂随着浓度的增加,对柴油的洗脱效率也随之提高,洗脱能力依次为SDS＞SDBS＞TX-100.表面活性剂在搅拌实验30min内对污染物的去除效果增效明显,30～40min增速放缓.臭氧纳米气泡提高表面活性剂对砂土中柴油去除率明显高于壤土,其中砂土和壤土中柴油去除率提高约13%和9%.壤土中污染物的老化时间与去除率成反比,臭氧纳米气泡处理对较长老化时间的壤土中柴油去除率也有显著提高,对老化60天污染壤土提高近8%.FTIR光谱表明含有臭氧纳米气泡的表面活性剂可以减少对土壤中有机质主要官能团的影响.GC/MS图谱分析表明残留污染物组分主要为烷烃,降解难度:烷烃<烯烃<环烷烃<芳香族化合物.

柴油；臭氧纳米气泡；表面活性剂；土壤；有机污染

我国每年约有60万t石油烃类物质进入环境并造成土壤污染[1],土壤中石油烃类污染已成为普遍关注的环境问题.柴油是一种典型的石油烃,进入土壤后80%以上被截留在土壤表层[2],通过迁移、吸附、降解和转化等环境行为使土壤理化性质发生变化,影响地表农作物对营养成分摄取,破坏局部生态环境[3],还可能通过下渗作用污染地下水,成为水体的长期污染源[4].目前,石油烃类污染土壤的修复技术主要包含物理修复技术[5]、化学修复技术[6]和微生物修复技术[7].表面活性剂修复因其操作简单、修复效果好、成本低而被广泛应用于各类有机污染土壤修复[8].然而,表面活性剂具有临界胶束浓度高、界面活性低、成本高以及降解难等缺点,进入土壤后与土壤组分相互作用,会对土壤的理化性质产生影响.如离子型表面活性剂与土壤胶体结合可改变土壤的电荷属性,也可能竞争吸附点位,减弱土壤的保肥能力,从而影响农田土壤环境和作物品质[9];其进入水体达到一定浓度后,会产生大量泡沫使水面形成一层隔离状物质,阻碍氧气进入水中,让水中充氧和复氧的程度降低,从而导致大量水生生物死亡,水体自净能力下降,水质进一步恶化[10].土壤修复时如何降低表面活性剂用量,且提高污染物去除效率成为研究重点.

微纳米气泡包括微米气泡(直径1～50μm)和纳米气泡(直径1nm～1μm),具有比表面面积大、传质效率高、水中停留时间长和产生自由基等特点[11].近年来,研究人员利用微纳米气泡清洗系统或通过微纳米气泡与大气泡结合处理石油污染土壤,可以缩短大气泡与油层的附着时间,从而有效去除土壤中石油烃类污染物[12-13].纳米气泡相比微米和普通气泡的优势是泡停留时间更长,传质速率更高,比表面积更大,产生羟基自由基更多等.臭氧具有较强的氧化能力,对有机物的降解方面具有良好的效果.研究证实臭氧可以通过在石油烃中添加一个氧原子来促进TPH的分解和矿化[14],对去除土壤中的石油烃和多环芳烃有较好的效果[15].将纳米气泡与臭氧结合能使臭氧更有效地溶解到溶液中,并且延长臭氧停留时间[16],增强臭氧的氧化能力[17].当前将纳米气泡与臭氧两者结合,在环境中的应用主要集中在废水和底泥中有机和无机污染物的处理,如Fan等[18]和Hewage等[19]通过实验证实臭氧纳米气泡的“寿命”近几十小时,远远大于臭氧大气泡.且利用臭氧纳米气泡或与超声波结合技术对污水和底泥中有机和无机污染物去除效率都有着显著提高.但将臭氧纳米气泡技术应用于土壤有机污染物去除的研究仍鲜有报道.

本文以柴油污染土壤为研究对象,研究臭氧纳米气泡对常用表面活性剂提高污染土壤中柴油去除率的强化作用,探讨影响去除效率的主要因素和影响机理,旨在为石油烃类土壤污染的高效修复提供参考.

1 材料与方法

1.1 供试土壤及试剂

实验供试壤土取自常州大学(科教城校区)周边绿地表层,砂石取自普通黄沙石,砂石与壤土按8:2配比为砂土,理化性质见表1.将壤土和砂土中杂质去除后,置于实验室内避光通风处风干,待其完全干燥,过10mm筛.柴油溶解在石油醚中(1:1)与处理后的壤土、砂土混合,并用机械搅拌器快速搅拌使柴油分散均匀.然后置于通风橱中,让过量的石油醚蒸发掉,待其完全干燥后供后续实验使用.处理后的壤土和砂土中柴油含量分别为:9500,7500mg/kg.

表1 土壤基本理化性质

柴油(0#)购自中石化加油站.十二烷基硫酸钠(SDS)、曲拉通100(TX-100)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)购自西陇科学股份有限公司,正己烷(C6H14, HPLC)、丙酮(C3H6O, HPLC)购自国药集团化学试剂有限公司,均为分析纯(AR)试剂.

1.2 实验方法

根据3种表面活性剂的临界胶束浓度:SDS (2.5g/L)、SDBS(0.38g/L)、TX-100(0.17g/L),配置出两组0.3、0.6、1.0、1.2、1.4倍临界胶束浓度的表面活性剂溶液,其中一组通过功能纳米气泡装置(由臭氧发生器(OZ-10G,广州大环臭氧科技有限公司),纳米气泡发生器(UFB-发生装置,宁波长净环保工程有限公司)等主要部件组成,产生气泡规格为50～ 270nm)添入臭氧纳米气泡(臭氧浓度控制为(3.30± 0.15)mg/L,臭氧有效性含量约为14.50%～16.88%).准确称取100g试验土壤置于烧杯中,并添加1L表面活性剂溶液(固液比为1:10),具体实验参数如表2.搅拌器速率调至500r/min,设置搅拌时间5,10,20,30,40min.每次搅拌终止后,静置15min取出待测土样,并置于实验室避光通风处风干.待干燥后,测出土样中柴油含量并计算其柴油去除率,每组实验重复3次,实验均在室温(25℃)下进行.

表2 不同处理方式下参数设置

1.3 测定方法与数据处理

参考《土壤农业化学分析方法》[20]测定土壤pH值、有机质、含水率.臭氧浓度由在线水中臭氧检测仪(深圳鑫海瑞科技开发有限公司)测出.纳米气泡发生器产生的臭氧纳米气泡尺寸由纳米颗粒追踪分析仪(品牌:Particle Metrix型号:Zeta View测定范围: 0.01～2μm)测得.土壤中柴油含量测定方法如下:精确称取少量试验土壤置于烧杯中,加入2mL蒸馏水并用振荡器振荡成溶液,再量取2mL石油醚加入装有土壤的烧杯中,继续振荡2min后将土壤与石油醚的混合液体移入分液漏斗,待沉淀2min后分液,由于重力作用含有柴油的石油醚将分层在水与土壤混合物的上方,分液得到石油醚与柴油的混合液体并放入另一干净的烧杯中,连续重复萃取3次,萃取后的溶液中加入少许无水硫酸钠,定容至10mL.在紫外分光计(UV-9000)220～300nm范围内扫描,得到柴油最大吸收峰在波长为227nm处,以石油醚为参比,测得容量瓶中混合液的吸光度,计算即得到所取土壤中所含柴油浓度[21].

采用傅立叶变换红外光谱仪(Nicolet370,USA),分析试验土壤的官能团.采用X射线衍射仪(D/max- 2500PC,Japan),分析试验土壤矿物物相组成.采用气相色谱-质谱联用技术(GC/MS, Trace1300ISQLT, USA),分析柴油污染物成分变化情况,GC前处理:土壤通过使用加速溶剂萃取仪(DionexASE350,USA)进行萃取,萃取溶剂为丙酮和正己烷(1:1,萃取2次),萃取后过0.22nm有机滤膜.GC参数:分离柱(HP-5MS柱,30m× 0.32mm×0.25μm,Agilent,USA),载气为氦气,流速为1.2mL/min.MS条件:EI离子源,传输线温度为280℃,扫描范围为50～550amu,在不分流模式下的进样量为1μL.升温程序:在80℃下保持20min,以20℃/min的速率加热至210℃保持3min,以5℃/min的速率加热至260℃[22].

图表制作与数据处理采用Origin 2018、Visio、Excel 2010和SPSS 26.0,运用Lsd法与Duncan多重极差检验相结合比较平均值在显著性水平上的差异(>0.05判定为差异不显著,<0.05判定为差异显著).

2 结果与讨论

2.1 臭氧纳米气泡对表面活性剂去除土壤中柴油的影响

在固液比1:10,搅拌速率500r/min的实验条件下,考察不同搅拌时间及不同浓度的表面活性剂SDS、SDBS和TX-100对壤土中柴油去除率的影响,结果如图1(a)～(c).总体上看,3种表面活性剂的搅拌时间与柴油去除率成正比,其中30min内柴油的去除率随搅拌时间的延长上升明显,30～40min速率减缓.但臭氧纳米气泡加入,20min内柴油的去除率随搅拌时间的延长上升显著,20～40min速率减缓,较单一表面活性剂提前10min.且在不同的搅拌时间下臭氧纳米气泡对柴油去除率都有着显著提高,如图1(a)中曲线图所示,1.0CMC的SDS在5,10,20,30min的柴油去除率依次为:36.92%、46.49%、61.39%、75.70%,40min为78.12%,其中30～40min去除率仅提高2.42%,远远低于5～30min的提高速率.添入臭氧纳米气泡后5,10,20min柴油去除率依次为:50.17%、61.98%、77.82%,较同一条件下单一表面活性剂对柴油去除率提高了13.25%、15.49%、16.43%,且对柴油去除速率明显高于30～40min时的84.02%和87.44%.

柱状图中小写字母代表差异显著性分析结果,下同.图1d中小写字母为含纳米气泡的差异显著性分析结果,大写字母为单一表面活性剂的差异显著性分析结果(<0.05)

反应30min时,表面活性剂SDS、SDBS、TX-100在不同临界胶束浓度下对壤土中柴油去除率见图1(d).壤土中柴油的去除率随3种表面活性剂浓度(0.3～1.4CMC)的提高而上升,如0.3、0.6、1.0、1.2、1.4CMC的SDS在反应30min时对柴油的去除率分别为:61.88%、69.55%、75.69%、78.41%、81.20%,添加臭氧纳米气泡后依次为:70.25%、73.69%、84.02%、85.51%、87.36%,说明臭氧纳米气泡可以明显提高不同临界胶束浓度的表面活性剂对柴油的去除率.同时SDS、SDBS、TX-100在1.0CMC时对壤土中柴油去除率分别为:75.69%、68.59、62.58%,含臭氧纳米气泡处理后依次为:84.02%、75.24%、72.49%.单一或含臭氧纳米气泡的表面活性剂对污染壤土中柴油的洗脱能力皆为:SDS＞SDBS＞TX-100.

2.2 老化时间与土壤中柴油去除率的关系

图2显示,浓度为1.0CMC的3种表面活性剂在不同反应时间下对老化程度不同的污染壤土中柴油的去除特征.结果表明,同等实验条件下污染壤土的老化时间与柴油去除率呈反比.在搅拌30min时,表面活性剂SDS对老化时间10d的污染壤土中柴油的去除率为75.69%,而对老化60d的污染壤土中柴油去除率仅为62.81%,老化60d的污染壤土中柴油去除率明显低于10d的污染壤土(图2a).

但值得注意的是3种表面活性剂溶液添入臭氧纳米气泡后,对老化60d污染壤土的柴油去除率同样有着较高的提升.其中在30min搅拌试验时,含有臭氧纳米气泡的SDS对壤土(60d)中柴油去除率为71.02%,比单一表面活性剂对壤土中柴油去除率提高了8.21%.

2.3 不同土壤质地下的柴油去除率特征

如图3(a)所示,在搅拌进行5min时,表面活性剂对砂土中柴油就具有较好的去除效果,随着搅拌时间的延长,砂土中柴油去除率也随之提高但增长缓慢.如1.0CMC的SDS在5,10,20,30,40min的去除率分别为72.70%、74.81%、76.35%、79.22%、80.27%.臭氧纳米气泡的加入对砂土中柴油去除率也有着显著提高.添入臭氧纳米气泡后的1.0CMC SDS在5,10,20,30,40min的去除率为82.40%、86.53%、89.56%、92.88%、93.34%,与相对应反应时间下对污染物的去除率分别提高了:9.71%、11.72%、13.20%、13.66%、13.07%,如图3(a)曲线所示.

搅拌5min时,同一浓度下的表面活性剂SDS对砂土中柴油去除率明显高于壤土(图3b).如1.0CMC的SDS对砂土中柴油去除率为72.70%,明显高于壤土的去除率36.92%.当添入臭氧纳米气泡后,对砂土和壤土中柴油去除率分别为82.40%和50.17%,砂土中柴油去除率也远高于壤土.

2.4 土壤在不同方式处理后的表征与分析

为了探明臭氧纳米气泡及表面活性剂在去除壤土中柴油污染物的过程是否对壤土的矿物产生影响,实验对搅拌40min,不同方式处理后的样品进行XRD分析(图4a).

根据XRD光谱图、标准PDF卡片以及壤土地质背景下判断,壤土中的矿物成分主要包括石英、蒙脱石、高岭土等.随着表面活性剂和臭氧纳米气泡的添入,XRD光谱没有明显变化,表明添加臭氧纳米气泡处理后的壤土矿物没有受到腐蚀和矿物学变化.

采用傅立叶变换红外光谱仪分析在反应40min时,不同处理方式下壤土样品的官能团(图4b).其中3621cm-1吸收峰反映的是实验壤土中粘土矿物的水化程度,经SDS、TX-100处理后的壤土在3621cm-1的吸收峰减弱.而含臭氧纳米气泡处理后吸收峰减弱较小,从而可以降低对壤土中粘土矿物水化程度的影响.

3435cm-1吸收峰为氢键中的-OH伸缩振动[23], 1031cm-1代表高岭石的Si-O-Si反对称伸缩振动峰[24],2925cm-1吸收峰为C-H键不对称伸缩振动, 2850cm-1吸收峰为烷基或甲基的C-H键的伸缩振动,779cm-1吸收峰是苯环C-H面外弯曲振动,低频区的吸收峰主要为无机矿物晶体的伸缩振动,这些均为壤土SOM的常见化学键或官能团[22].总体来看,不同处理方式作用下壤土仅在少数吸收峰的强度上有所差异.如和污染壤土相比,SDS、TX-100处理后779cm-1、1031cm-1、2925cm-1等吸收峰降低明显,而添加臭氧纳米气泡处理后吸收峰降低减弱,从而反映出臭氧纳米气泡可以减少对土壤中有机质主要官能团的影响.

2.5 不同处理方式下柴油污染物的特征分析

由图5可知,搅拌40min后,不同处理方式下有机物的峰值降低强度与实验中柴油去除率结果相同,表面活性剂溶液中添入臭氧纳米气泡后对土壤中柴油污染物的去除率明显提高.

图5 不同处理方式下壤土样品的GC/MS谱图

实验中柴油的碳原子数主要为C13～C23,通过Xcalibur对柴油主峰的分析可以判断壤土样品萃取物的主要成分为正构烷烃、异构烷烃、环烷烃、烯烃和芳香族化合物,如表3.其中不同处理方式下的残留组分主要为烷烃,通过对各污染物的峰值下降顺序判断,柴油中各组分降解难度分别为:烷烃<烯烃<环烷烃<芳香族化合物.且柴油和表面活性剂(SDS)中存在酚类抗氧剂2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚),单一表面活性剂处理后会有部分抗氧剂残留在土壤中,使得单一表面活性剂处理后的谱图在34.41min时出峰强度明显增强.而含臭氧纳米气泡处理后可以显著减少抗氧剂在土壤中的残留.

表3 污染土壤中柴油的主要物质

2.6 讨论

实验中,表面活性剂浓度是影响土壤中有机污染物去除的重要因素,本文选取0.3～1.4倍临界胶束浓度(CMC).随着浓度的提高,土壤中柴油去除率也相应上升(图1).这是由于低于CMC时,表面活性剂很难产生胶束,随着浓度提升,表面活性剂逐渐形成胶束包覆油滴等有机分子,降低油水界面张力,提高污染物水溶性,从而提高去除效率[25].但浓度达到某一值后对污染物的去除效果便趋于稳定,不再随浓度增加而改善[26].实验中选取0.3～1.4CMC,但是未到对污染物趋于稳定的浓度值,需进一步讨论.

另一方面污染土壤的老化时间和土壤质地也是影响柴油去除效果的关键因素.进入土壤后的柴油随着时间延长以及微生物新陈代谢转化等物化及生化反应,使土壤颗粒与柴油分子结合更为紧密,甚至转化为更难去除的物质,使修复难度不断加大[27].如图2中老化60d的污染壤土中柴油去除率明显低于10d,因此在污染发生时较短时间内处理更加高效便捷.且研究证实同等条件下砂土中柴油与颗粒的组合强度远低于壤土[28],所以砂土中污染物较壤土更容易去除.如图3,砂土中柴油去除率显著高于壤土,且低浓度的表面活性剂对砂土中柴油就有很好的去除效果,0.3CMC的SDS在搅拌20min时,去除率就可以达到80.16%.

本实验采用不同CMC的表面活性剂作为洗涤剂进行土壤修复.其中卷缩机理发生在低于CMC时,其主要作用是降低界面张力后使吸附在土壤上的油类污染物从土壤颗粒表面卷离.随着臭氧纳米气泡的加入,纳米气泡的表面张力仅为宏观状态下普通去离子超纯水表面张力的三分之一,而纳米气泡又倾向于在气液界面处聚集[29],纳米气泡向液面聚集的行为也会使得液滴表面张力下降,从而降低压力使油脂类物质更好的解离[30],有利于卷缩机制更好发挥以促进污染土壤中的柴油污染物的去除.高于CMC则为增溶机理发生作用,表面活性剂添入水溶液后形成胶束,胶束内部为疏水基,外侧为亲水基,这样胶束能溶解难溶性有机污染物,使污染物从土壤颗粒表面解吸并分散到水相[31].当臭氧纳米气泡加入后,形成胶束后内部的疏水基能够牢固附着在纳米气泡表面,亲水基位于气泡的外边缘使其带有正电荷,能与污染物之间形成静电引力,有效促进气泡粘附效应[32].从而提高了表面活性剂对土壤中柴油污染物的表观溶解度,促进表面活性剂的增溶机制使其对污染物的去除率提高.

并且纳米气泡由纳米颗粒追踪分析仪测得在实验时间内具有良好的稳定性,保持在原有纳米水平.而且纳米气泡还具有疏水性和良好的亲油性,可以将油脂类物质转移到微纳米气泡表面[33].所以在含有纳米气泡的溶液中,污染土壤中部分柴油会转移到气泡表面后进入水体.Takahashi等[34]研究指出直径小于50µm的气泡在崩塌时会产生羟基自由基,而且臭氧微纳米泡崩塌产生的羟基自由基的数量远远高于空气微纳米泡,在其坍塌的过程中还可诱导有机化学品的分解.随着搅拌实验的进行,实验中臭氧纳米气泡(直径50～270nm)不断坍塌会产生的大量具有强氧化性的羟基自由基,与土壤中的柴油污染物发生氧化作用后将其降解[35].ζ电位是体现吸附性能的关键参数,电位越高吸附能力越强.Liu等[36]证实臭氧微气泡的ζ电位远高于纯氧微气泡和空气微气泡,且对于气泡而言,体积越小则界面处的ζ电位越高.故实验中产生的臭氧纳米气泡具有更高的ζ电位,从而更好的吸附污染物,提高土壤中柴油去除率.且臭氧纳米气泡中含有的臭氧可以通过向石油烃中添加一个氧原子也可促进石油烃的分解[14].因此表面活性剂添加臭氧纳米气泡后,对不同土壤质地与老化时间的污染土壤中柴油去除率都明显提高.

根据XRD结果表明,经过表面活性剂(添加臭氧纳米气泡或单一)处理后的壤土矿物没有受到腐蚀和矿物学变化[37].FTIR图谱反映与污染壤土相比,用表面活性剂处理后779cm-1、1031cm-1、2925cm-1等吸收峰降低明显,而添加臭氧纳米气泡处理后吸收峰降低减弱,如1031cm-1处吸收峰降低减弱,此处多为C-O-C中的C-O振动,这是因为表面活性剂添入臭氧微气泡处理后C-O-H被氧化,从而降低对主要官能团的影响. GC/MS分析表明,单一或添加臭氧纳米气泡的表面活性剂处理下,土壤中柴油污染物降解过程中烷烃类物质比烯烃类物质和芳香化合物类物质更容易降解.这是因为保留时间随着烷基碳链的增加而增加[22],且柴油各组分降解的难易程度与降解各种化合物所需键能大小成正比,其中分解烷烃、烯烃和芳香化合物所需能量分别为332,611,2475kJ/mol[38].不同处理方式后,谱图在34.41min(标号21)时出峰强度有明显变化,出峰物质为2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚),是一种常见的酚类抗氧化剂,广泛应用于乳胶、合成橡胶、聚乙烯、树脂等多种材料合成以及石油制品中,用来延缓产品氧化[39].单一表面活性剂溶液洗涤污染土壤时对目标污染物柴油中常用酚类抗氧剂2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)无去除效果,且通过搅拌实验后,出峰强度显著增强,表明表面活性剂自身会残留部分抗氧剂于实验土壤中.含有臭氧纳米气泡的表面活性剂处理后,对目标污染物柴油中的2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)也无去除体现,但出峰强度已明显减弱,说明含臭氧纳米气泡可以很大程度上减少抗氧剂在修复土壤中的残留.这是由于臭氧纳米气泡中含有的臭氧对2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)存在催化氧化过程,促使其发生一系列加成与开环等降解反应,最终转化为H2O与CO2.其中马翠等采用气相色谱质谱联用技术对臭氧催化氧化2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚) 的降解途径进行探索论证,如图6[40].目前本研究尚未对修复后的土壤中是否有表面活性剂的残留、添入臭氧纳米气泡后溶液表面张力的实际变化、以及随着搅拌实验的进行臭氧纳米气泡的坍塌程度等问题进行探讨,后续仍需进一步深入完善.

图6 臭氧作用下2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)可能存在的降解途径

综上所述,臭氧纳米气泡的添加可以显著提高表面活性剂对土壤中柴油的去除率并有效减少表面活性剂中抗氧剂的残留,而本身不会产生有毒有害物质.臭氧纳米气泡添加过程简单,可以从侧面降低表面活性剂的使用量,从而有效的降低土壤的修复成本以及减少对土壤官能团的影响.因此,臭氧纳米气泡对于土壤修复具有实际意义且具有良好的应用潜力,仍需要开展深入研究.

3 结论

3.1 土壤中柴油的洗脱率因表面活性剂的类型与浓度不同存在较大差异.同等实验条件下3种表面活性剂(添加臭氧纳米气泡或单一)在不同土质(壤土、沙土)的洗脱能力与浓度(0.3～1.4CMC)成正比,与土壤老化时间成反比,洗脱能力排序为:SDS> SDBS>TX-100,并且同等条件下砂土的洗脱率高于壤土.

3.2 臭氧纳米气泡对表面活性剂的卷缩和增溶都有明显的促进作用,且本身也具备去除有机污染物的特性,从而可以显著提高表面活性剂对土壤中柴油的去除率.实验中臭氧纳米气泡对壤土和砂土中柴油去除率总体上提高约9%和13%,对老化60d的壤土提高约8%.而且臭氧纳米气泡的添加不会对土壤本身产生腐蚀与矿物学变化,也不会产生有毒有害物质,相比单一表面活性剂既显著降低表面活性剂中抗氧剂的残留,又减少对土壤中有机质主要官能团的影响.

3.3 土壤中柴油污染物的残留物组分主要为烷烃,且在单一或添加臭氧纳米气泡的表面活性剂处理下各柴油组分降解难度为:烷烃<烯烃<环烷烃<芳香族化合物.

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Ozone nanobubble enhanced surfactant repair diesel contaminated soil.

PANG Zhong-zheng, ZHOU Hui-ping*, YANG Song-nan, FENG Sheng**

(School of Environmental and Safety Engineering, Changzhou University, Changzhou 213164, China), 2022,42(11)：5255～5264

The experiment combined nanobubbles (diameter 50～270nm) with ozone, compared the improvement effect of ozone nanobubbles on the removal of diesel pollutants in soil by three surfactants. What is more, the influence of different treatments on pollutant removal rate, such as surfactant concentration, soil property and soil aging time, were also investigated. The soil samples treated in different ways were characterized by XRD and FTIR, as well as the degradation products of diesel components were analyzed by GC/MS. The results showed that under the same conditions, the elution efficiency of the three surfactants to diesel also increased with the increase of the concentration, and the elution capacity was SDS > SDBS > TX-100. The removal effect of the surfactant on the pollutants was significantly increased within 30minutes of the stirring experiment, and the growth rate slowed down between 30 and 40minutes. The removal rate of pollutants in sandy soil by ozone nanobubbles was significantly higher than that in loam soil, both the removal rate of diesel oil in sandy soil and loam soil increased by about 13% and 9%, respectively. The aging time of pollutants in the loam was inversely proportional to the removal rate but the ozone nanobubble treatment also significantly improved the diesel oil removal rate in the loam with a longer aging time, and increased by nearly 8% for the polluted loam aged for 60 days. The analysis of FTIR spectroscopy indicated that the surfactant containing ozone nanobubbles could reduce the effect on the main functional groups of organic matter in the soil. According to GC/MS spectrum showed that the residual pollutants were mainly alkanes, and the degradation difficulty order was alkanes < alkenes < naphthenes < aromatic compounds.

diesel fuel；ozone nanobubble；surfactant；soil；organic pollution

X53

A

1000-6923(2022)11-5255-10

庞中正(1993-),男,江苏连云港人,常州大学硕士研究生,主要从事土壤修复方面的除研究.发表文章1篇.

2022-04-19

国家自然科学基金资助项目(22075032)

* 责任作者, 研究员,zhouhp@cczu.edu.cn; **教授, shfeng@cczu.edu.cn