热解技术将油污土壤变沃土

美国莱斯大学的科学家们正在用一种既节省能源又能再生土壤肥力的方式清洁被石油泄漏污染的土壤。

他们使用一种被称为热解的方法，即在无氧的情况下加热污染的土壤。“相比标准焚烧技术，这种方法能更有效地快速整治环境”，莱斯大学乔治布朗学院土木与环境工程系主任Pedro Alvarez说，“我们最初的目标是加速对石油泄漏的响应，但是我们渴望把污染土壤变成肥沃的土壤”。

Alvarez和同事们在美国化学学会期刊《环境科学与技术》上发表了论文，展示了他们是如何做到的。

Alvarez说，近海石油泄漏往往最受关注，但98%的泄漏发生在陆地上。世界各国的工业界和政府每年花费超过100亿美元清理石油泄漏。

莱斯大学的团队发现，热解污染土壤三小时后，不仅降低了残留的石油烃含量(远低于规定的标准，通常小于0.1%)，而且通过将剩下的碳转换为有益元素，增强了土壤的肥力。

“我们最初认为我们可以把碳氢化合物变成生物炭，”Alvarez 说，“我们是错误的，并没有得到生物炭，但是得到了碳质材料，我们称之为炭和类似焦炭的东西。”

“但我们的想法是对的，通过除去有毒污染物和疏水性(排斥植物需要的水)，并保留一些碳和营养物质，能够增强植物的生长。”他说。

研究人员证实，在实验室的再生土壤中成功地种植了生菜。论文的第一作者、莱斯大学的研究生Julia Vidonish表示：“没有一种植物被正式作为石油毒性试验的标准，但是，生菜已经被公认为是对毒素(尤其是石油)很敏感的植物。”

Alvarez 认为，再生的土壤不一定被用于种植食物，但是它肯定可以用于植草以减少水土流失，恢复植被。

“我们的工艺是部分热解吸，但利用的是石油化学的方法。”莱斯大学的化学工程师、论文的合著者Kyriacos Zygourakis 说。在无氧的情况下，研究人员将受污染的土壤加热到420摄氏度左右，先把较轻的碳氢化合物驱逐出去，这是解吸的部分。但当温度超过350摄氏度时，高分子量的碳氢化合物、树脂和沥青质，经过一系列的裂解和缩合反应形成固体炭，类似于炼油厂生产的石油焦。

“我们将一些碳氢化合物以更为良性的固体形式留在处理过的土壤中，”Kyriacos Zygourakis说，“环境保护署没有将石油焦归类为危险废物。换句话说，如果你想去除所有的碳氢化合物，必须把温度提到更高，并使用氧气燃烧焦炭。这样就破坏了土壤，并多消耗了40%~60%的能量。”

莱斯大学的生物地球化学家、论文合著者Caroline Masiello 表示，通过热解油污染土壤而产生的炭不同于生物炭。生物炭是一种粒子，是从土壤中的矿物颗粒分离出的，它有一个内部物理结构以保有水分和养分，为微生物提供了一个家。但在这里，他们制造的是一个包裹矿物质的有机薄膜层。

Vidonish说，工艺是可扩展的且应与现有的修复设备相结合。“焚烧和热解吸技术虽然是不同的，但是有相似之处。我们希望公司能够设立可以移动的、油田规模的解吸装置，并作一些修改，以做热解。

“我们可以去除所有的不良因素和所有的污染物，并最终获得具有农业价值的产品，而不是把土壤变成沙漠。”Zygourakis 说。

Vidonish说：“还有许多工艺流程可以优化，下一步我们要了解热解的时间和温度如何影响土壤中炭的性质。”

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