美國萊斯大學(xué)的科學(xué)家們正在用一種既節(jié)省能源又能再生土壤肥力的方式清潔被石油泄漏污染的土壤。

他們使用一種被稱為熱解的方法，即在無氧的情況下加熱污染的土壤。“相比標(biāo)準(zhǔn)焚燒技術(shù)，這種方法能更有效地快速整治環(huán)境”，萊斯大學(xué)喬治布朗學(xué)院土木與環(huán)境工程系主任Pedro Alvarez說，“我們最初的目標(biāo)是加速對石油泄漏的響應(yīng)，但是我們渴望把污染土壤變成肥沃的土壤”。

Alvarez和同事們在美國化學(xué)學(xué)會(huì)期刊《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》上發(fā)表了論文，展示了他們是如何做到的。

Alvarez說，近海石油泄漏往往最受關(guān)注，但98%的泄漏發(fā)生在陸地上。世界各國的工業(yè)界和政府每年花費(fèi)超過100億美元清理石油泄漏。

萊斯大學(xué)的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，熱解污染土壤三小時(shí)后，不僅降低了殘留的石油烴含量(遠(yuǎn)低于規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，通常小于0.1%)，而且通過將剩下的碳轉(zhuǎn)換為有益元素，增強(qiáng)了土壤的肥力。

“我們最初認(rèn)為我們可以把碳?xì)浠衔镒兂缮锾浚?rdquo;Alvarez 說，“我們是錯(cuò)誤的，并沒有得到生物炭，但是得到了碳質(zhì)材料，我們稱之為炭和類似焦炭的東西。”

“但我們的想法是對的，通過除去有毒污染物和疏水性(排斥植物需要的水)，并保留一些碳和營養(yǎng)物質(zhì)，能夠增強(qiáng)植物的生長。”他說。

研究人員證實(shí)，在實(shí)驗(yàn)室的再生土壤中成功地種植了生菜。論文的第一作者、萊斯大學(xué)的研究生Julia Vidonish表示：“沒有一種植物被正式作為石油毒性試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)，但是，生菜已經(jīng)被公認(rèn)為是對毒素(尤其是石油)很敏感的植物。”

Alvarez 認(rèn)為，再生的土壤不一定被用于種植食物，但是它肯定可以用于植草以減少水土流失，恢復(fù)植被。

“我們的工藝是部分熱解吸，但利用的是石油化學(xué)的方法。”萊斯大學(xué)的化學(xué)工程師、論文的合著者Kyriacos Zygourakis 說。在無氧的情況下，研究人員將受污染的土壤加熱到420攝氏度左右，先把較輕的碳?xì)浠衔矧?qū)逐出去，這是解吸的部分。但當(dāng)溫度超過350攝氏度時(shí)，高分子量的碳?xì)浠衔铩渲蜑r青質(zhì)，經(jīng)過一系列的裂解和縮合反應(yīng)形成固體炭，類似于煉油廠生產(chǎn)的石油焦。

“我們將一些碳?xì)浠衔镆愿鼮榱夹缘墓腆w形式留在處理過的土壤中，”Kyriacos Zygourakis說，“環(huán)境保護(hù)署沒有將石油焦歸類為危險(xiǎn)廢物。換句話說，如果你想去除所有的碳?xì)浠衔?，必須把溫度提到更高，并使用氧氣燃燒焦炭。這樣就破壞了土壤，并多消耗了40%~60%的能量。”

萊斯大學(xué)的生物地球化學(xué)家、論文合著者Caroline Masiello 表示，通過熱解油污染土壤而產(chǎn)生的炭不同于生物炭。生物炭是一種粒子，是從土壤中的礦物顆粒分離出的，它有一個(gè)內(nèi)部物理結(jié)構(gòu)以保有水分和養(yǎng)分，為微生物提供了一個(gè)家。但在這里，他們制造的是一個(gè)包裹礦物質(zhì)的有機(jī)薄膜層。

Vidonish說，工藝是可擴(kuò)展的且應(yīng)與現(xiàn)有的修復(fù)設(shè)備相結(jié)合。“焚燒和熱解吸技術(shù)雖然是不同的，但是有相似之處。我們希望公司能夠設(shè)立可以移動(dòng)的、油田規(guī)模的解吸裝置，并作一些修改，以做熱解。

“我們可以去除所有的不良因素和所有的污染物，并最終獲得具有農(nóng)業(yè)價(jià)值的產(chǎn)品，而不是把土壤變成沙漠。”Zygourakis 說。

Vidonish說：“還有許多工藝流程可以優(yōu)化，下一步我們要了解熱解的時(shí)間和溫度如何影響土壤中炭的性質(zhì)。”