乙醇對過硫酸鹽氧化地下水中苯系物的影響

韋延梅，陳余道，吳圣華，孟 偉

(桂林理工大學環(huán)境科學與工程學院，廣西 桂林 541006)

燃油污染地下水是當今十分普遍的環(huán)境問題，燃油中的主要毒性成分為苯、甲苯、乙苯、和二甲苯(統(tǒng)稱BTEX)等苯系物。BTEX具有致癌、致畸、致突作用[1-2]?！兜乇硭h(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838—2002)、《生活飲用水質(zhì)量標準》(GB 5749—2006)、《地下水質(zhì)量標準》(GB/T 14848—2017)等把BTEX列為環(huán)境監(jiān)測項目[3]。隨著我國乙醇混合汽油(E10)大力推廣使用，乙醇也會與BTEX一起成為地下水污染物。已有研究表明，乙醇(EtOH)能夠提前消耗本來被生物降解BTEX所利用的電子受體從而抑制BTEX降解，在去除BTEX前先去除乙醇也成為汽油污染地下水修復中的策略[4]。雖然進入地下水的汽油可以通過生物降解、揮發(fā)、溶解等自然降解途徑逐漸去除[5]，但在危及附近水體及其它敏感環(huán)境的情況下需要通過工程方法盡快修復。目前國內(nèi)研究傳統(tǒng)汽油(92#等)較多，乙醇汽油研究較少，雖然國外研究得較多但主要停留在自然衰減監(jiān)測技術(shù)，大多數(shù)實驗結(jié)果反映出乙醇及其中間產(chǎn)物乙酸鹽等對BTEX產(chǎn)生抑制作用。為了進一步研究去除地下水中乙醇汽油的方法，探索更為有效且經(jīng)濟合理的技術(shù)手段，更深入了解乙醇對降解BTEX存在的潛在風險，需要嘗試使用新的修復方法。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗用的乙醇(分析純)從西隴化工股份有限公司購買，不含乙醇的汽油從中石化加油站購買。

1.2 實驗方法

采用1000 mL透明玻璃瓶作為實驗裝置，先向?qū)嶒炂恐屑尤胍欢康奶烊簧埃偌尤氲叵滤?，水砂體積比4∶1。然后向瓶中加入FeSO4·7H2O和Na2S2O8溶液，乙醇溶液，最后迅速加入BTEX飽和溶液，蓋緊后用熱熔膠進行密封，搖晃1～2 min，使溶液與砂充分混合，置于干燥陰涼處。

實驗分對照組(不添加PS和Fe2+)、氧化組(添加PS，不添加Fe2+)和活化組(同時添加PS和Fe2+)3個組別(表1)。加入的BTEX初始濃度為15 mg/L，乙醇濃度為300 mg/L。為區(qū)分乙醇對BTEX降解的影響，3個組別中都設(shè)置了不加入乙醇的實驗瓶。按照化學計量，完全氧化BTEX所需的PS/BTEX理論摩爾比約為18.4，本次研究設(shè)置摩爾比PS/BTEX=20；加入的硫酸亞鐵的量根據(jù)前人研究[13-14]設(shè)置摩爾比PS/Fe2+=8。為對比PS和Fe2+投注方式不同帶來的影響，對活化組采用了分批次添加方式(表2)。每個實驗瓶均設(shè)置了3個重復體，共36個實驗瓶，在室溫22～30℃下密封存放。

1.3 取樣及分析

表1 實驗組別設(shè)計

注：“—”表示未添加組分。

表2 活化組PS和Fe2+不同投注方式設(shè)計

C=Ccal·DF

式中：C——樣品中過硫酸根的濃度；

Ccal——利用校準曲線擬合方程計算出來的過硫酸根濃度；

DF——樣品稀釋倍數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 對照組

2.2 氧化組

圖1 對照組BTEX/乙醇，DO與濃度變化

圖2 氧化組(未活化)BTEX/乙醇濃度的變化

圖3 氧化組DO與濃度變化曲線

圖4 無乙醇氧化組中PS濃度變化曲線

2.3 活化組

分別采用一次性添加和多次添加兩種方式研究了活化的PS對BTEX和添加了乙醇的BTEX的氧化效果。

2.3.1一次性添加PS和活化劑

(1)

(2)

另外，活化組OxA1-E乙醇一級衰減速率0.008 6 mg/(L·d)，略大于氧化組Ox-E 0.006 2 mg/(L·d)，活化的PS對乙醇的氧化能力僅稍有提高。

圖5 一次性添加PS和Fe2+后BTEX/乙醇濃度的變化

2.3.2分批次添加PS和活化劑

(3)

因此，乙醇在多次添加PS和活化劑的條件下，其濃度逐漸降低。OxA3-E在第57天濃度為61.3 mg/L，衰減速率0.0312 mg/(L·d)，OxA2-E與OxA4-E衰減速率較低，兩者與OxA1-E接近。

圖6 PS和Fe2+分批添加下BTEX/乙醇濃度的變化

圖7 活化組DO與濃度變化曲線

表3 活化組一級動力學擬合結(jié)果

注：擬合方程lnCt=-Kt+lnC0；K—去除速率常數(shù)/mg·(L·d)-1；R2—相關(guān)系數(shù)

3 結(jié)論

(1)當沒有乙醇存在時，PS能夠有效氧化去除地下水中燃油污染物BTEX，但同時會影響微生物活性，抑制BTEX的生物降解作用；當有乙醇存在時，PS能夠優(yōu)先氧化BTEX。

(2)在添加總量一定的情況下，多批次添加PS和Fe2+有利于BTEX的去除，但有乙醇存在時，由于乙醇的競爭作用，BTEX去除速率有所下降。

(3)基于過硫酸鹽的原位化學氧化可應(yīng)用于氧化去除地下水中的乙醇汽油污染物，采用分批次添加方式有助于實現(xiàn)更高的BTEX降解率和更快的降解速率。