一种将油浸土壤恢复到肥力的方法同时消除了有毒的碳氢化合物

2019-06-12 15:35:21
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莱斯大学的工程师们已经弄清楚了重油污染的土壤如何不仅可以清洁,而且可以再次肥沃。他们怎么知道它有效?他们长出了生菜。

水稻工程师Kyriacos Zygourakis和Pedro Alvarez及其同事通过古老的热解过程对他们从土壤中去除石油污染物的方法进行了微调。该技术在保持氧气的同时温和地加热土壤,这避免了燃烧碳氢化合物时通常对肥沃的土壤造成的损害导致温度上升。

Alvarez指出,虽然大量海上溢油事故得到了大部分关注,但98%的石油泄漏事故发生在陆地上,每年有超过25,000起泄漏事件向环境保护局报告。他说,这使得对经济有效的补救措施的需求变得清晰。

“我们看到了将负债,受污染的土壤转化为商品,肥沃的土壤的机会,”阿尔瓦雷斯说。

Zygourakis说,保持生育能力的关键是保护土壤的基本粘土。“粘土保留水分,如果你将温度升得太高,你基本上会破坏它们,”他说。“如果超过500摄氏度(华氏900度),脱水是不可逆转的。”

研究人员将实验室污染的德克萨斯州Hearne的土壤样品与重质原油一起放入窑中,看看哪种温度最能消除最多的油,以及需要多长时间。

他们的结果显示,在420°C(788°F)的旋转滚筒中加热样品15分钟,消除了99.9%的总石油烃(TPH)和94.5%的多环芳烃(PAH),使处理过的土壤具有大致相同的污染物水平在天然的,未受污染的土壤中发现。

该论文发表在美国化学学会期刊“ 环境科学与技术”上。它遵循同一组的几篇论文,详细介绍了热解去除污染物并将一些不需要的碳氢化合物转化为焦炭的机理,同时留下的土壤几乎与原始土壤一样肥沃。“加热土壤进行清洁并不是一个新的过程,”Zygourakis说,“我们已经证明我们可以在连续反应器中快速去除TPH,我们已经学会了如何优化热解条件以最大化污染物去除,同时尽量减少土壤损害和生育力损失。

“我们还了解到,我们可以用比其他方法更少的能量来做到这一点,并且我们已经对土壤进行了解毒,这样我们就可以安全地将其恢复,”他说。

Zygourakis说,将土壤加热到约420℃是治疗的最佳点。将其加热到470摄氏度(878华氏度)在去除污染物方面做得稍微好一些,但是使用了更多的能量,更重要的是,将土壤的肥力降低到无法再利用的程度。

“在200至300摄氏度(392-572华氏度)之间,轻质挥发性化合物蒸发,”他说。“当你达到350到400摄氏度(662-752华氏度)时,你首先开始破坏杂原子键,然后碳 - 碳和碳 - 氢键触发一系列自由基反应,将较重的碳氢化合物转化为稳定的低反应性字符“。

当研究人员在原始清洁的土壤,一些受污染的土壤和几个热解的土壤上种植辛普森黑种子莴苣(一种石油毒性很强的品种)时,试验计划的真正考验就来了。虽然处理过的土壤中的植物开始起来有点慢,但他们发现,21天后,在肥料土壤中用肥料或简单的水生长的植物显示出相同的发芽率,并且与在洁净土壤中生长的植物具有相同的重量。

Zygourakis说:“我们知道我们有一个有效清理受石油污染的土壤并恢复其肥力的过程。” “但是,我们真的对土壤进行了解毒吗?”

为了回答这个最后的问题,莱斯团队求助于贝勒医学院新生儿学教授Bhagavatula Moorthy,他研究空气污染物对新生儿发育的影响。Moorthy和他的实验室发现,从受油污染的土壤中提取的提取物对人体肺细胞有毒,而从处理过的土壤中提取相同的细胞系则没有副作用。该研究缓解了人们的担忧,即热解土壤可以释放含有多环芳烃等高毒性污染物的空气中的尘埃颗粒。

“我们学到的一个重要教训是,监管合规,排毒和土壤肥力恢复的不同治疗目标不必相互排斥,可以同时实现,”Alvarez说。

赖文的访问学者,中国济南大学和山东大学的学生温松,是该论文的第一作者。共同作者是美国西雅图Arcadis的Rice校友Julia Vidonish; 大米博士后研究员冯凤峰; 雪佛龙的环境顾问Roopa Kamath; Chun Chu,贝勒医​​学院的研究员; 高宝玉,山东大学环境工程系教授。Alvarez是George R. Brown材料科学和纳米工程教授,以及Rice的土木和环境工程教授。Zygourakis是AJ Hartsook化学与生物分子工程教授和生物工程学教授。

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