环境污染的化学修复

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1、第三章 污染环境的化学修复化学修复概述化学淋洗修复化学固定修复化学氧化修复化学还原修复还原可渗透反应墙修复1 化学修复概述o1.1 化学修复定义通过添加化学剂清除和降低污染环境中污染物 的方法。采用适当的方法将合适的化学清除剂加入 污染环境，利用化学清除剂吸附、吸收、迁移、淋 溶、挥发、扩散和降解污染物，改变污染物在环境 中的性质，进而清除污染物或降低污染物的浓度至 安全标准范围。o1.2 化学修复特点优点：快捷、操作简便、对污染物的性质和浓度不敏 感等缺点：可能造成二次污染等1.3 化学修复技术类型o根据处理对象的位置是否改变分为：原位化学修复 在污染环境现场加入化学清除剂，使之得以降解和

2、解毒；异位化学修复通过必要的化学措施，将污染环境中的污染物转化 为液体，输送至特定地点处理，以降低其污染物浓度或 去除o根据修复技术：化学淋洗修复、化学固定修复、化学氧 化修复、化学还原修复及还原可渗透反应墙修复2 化学淋洗修复2.1 化学淋洗修复概述o目的：清除污染环境中的有机污染物和重金 属o定义：通过向污染环境中添加可促进污染物 溶解或迁移的化学/生物化学溶剂，将污染 抽提出环境的技术o类型：原位化学淋洗修复异位化学淋洗修复2.2 化学淋洗修复原理o借助能促进污染环境中污染物溶解或迁移的化 学/生物化学溶剂，在重力作用或水压推动下 将淋洗液注入被污染的环境中，在化学清除剂 与污染物接触并

3、形成混合液体后，将混合液抽 提出环境，进行分离和污水处理。淋洗液具有 淋洗、增溶、乳化或改变污染物化学性质的作 用2.3 化学淋洗修复技术o2.3.1 原位化学淋洗法向污染环境中施加冲洗剂，使其与污染物 结合，通过淋洗液的解吸、螯合，溶解或络 合等物理、化学作用，最终形成可迁移的混 合物，该混合物可用梯度井或其他方式收集 、储存进一步处理o原位化学淋洗技术流程图2.3.2 异位化学淋洗法o将受污染的环境隔离或取出，用水或溶于水 的化学试剂清洗、去除污染物后取消隔离， 回填或运到其它地点，而含有污染物的废水 或废液进一步处理异位化学淋洗修复技术流程图两种化学淋洗修复技术特征比较2.4 化学淋洗修

4、复技术应用o化学淋洗液种类：污染物的种类决定了使用淋洗液 的类型常用化学淋洗液o淋洗液向土壤污染层扩散；o对污染物质的溶解、吸附、螯合等；o淋洗出的污染物在土壤内部转移；o淋洗出的污染物从土壤内部排出对于污染土壤修复而言，淋洗过程包括：2.5 化学淋洗修复技术局限o局限：产生大量需进一步处理的废液、可能 引起再次污染o限制因素：成本、被污染环境基质特征、污 染物类型、淋洗剂类型3 化学固定修复3.1 化学固定修复概述o目的：钝化污染环境中的污染物，主要包括 重金属离子o定义：通过向污染环境中添加可促进污染物 钝化的物质（固定剂），降低污染物的毒性o类型：有机固定剂无机固定剂有机无机复合3.2

5、化学固定修复原理o在污染环境中加入化学试剂，并利用它们调 节污染环境条件、改变污染物的形态、水溶 性、迁移性等物理化学性质，使污染物钝化 ，形成不溶性或移动性差、毒性小的物质o吸附作用：将污染环境中的污染物以水合离 子、阳离子以及无电荷联合体的形式吸附的 过程o配合作用机理：一些固定剂的离子可与某些 污染物发生专属性吸附作用o共沉淀机理：固定剂溶解后产生的阴离子， 在适当的酸碱条件下，与污染物结合成稳定 、难溶物质。3.3 化学固定修复技术o3.3.1 有机固定剂法依据污染环境中污染物的性质，加入有机 化学试剂，使污染物钝化，形成不溶性或移 动性差、毒性小的物质常用有机固定剂的种类及其来源o3

6、.3.2 无机固定剂法依据污染环境中污染物的性质，加入无 机化学试剂，使污染物钝化，形成不溶性或 移动性差、毒性小的物质常用无机固定剂的种类及其来源o3.3.3 有机无机固定剂法依据污染环境中污染物的性质，加入有 机无机化学试剂，使污染物钝化，形成不 溶性或移动性差、毒性小的物质常用有机无机固定剂的种类及其来源3.4 化学固定修复技术应用o范围：程度较轻、污染范围较大、污染物处 于环境表层或浅层o优点：成本低在适当的酸碱条件下，使金属离子形成难 溶性复合物而难淋溶；金属离子被整合到复合晶体结构中，进而 不易溶解和渗滤；金属离子被截留在复合体低渗透性的基质 中。3.5 化学固定修复技术局限o局限

7、：低迁移态金属离子可能重新活化。加 入固定剂后，金属离子向低迁移态形式转变 ，但环境条件的改变，可能使金属离子从惰 性态转化为活性态，再次污染o限制因素：外源物质添加量、外源物质种类 、外源物质添加形式、污染物的物理化学性 质4 化学氧化修复4.1化学氧化修复概述o目的：氧化污染环境中的污染物，包括溶解态的无 机与有机污染物o定义：通过向污染环境中添加可促进污染物氧化的 物质（氧化剂），分解污染物的结构以降低其毒性o类型：二氧化氯高锰酸钾臭氧双氧水、Fenton试剂及其组合氧化法光催化氧化4.2 化学氧化修复原理向污染环境中加入化学氧化剂，依靠化学氧 化剂的氧化能力，分解破坏污染环境中污染物

8、的结构，使污染物降解或转化为低毒、低移动 性物质4.3 化学氧化修复技术o4.3.1 二氧化氯氧化剂法以气体形式加入污染环境，氧化其中的有 机物。其氧化能力强且稳定，生产简单。主 要用于酚类、氯酚、氰化物、硫化物、胺类 化合物、腐殖酸等成分氧化去除；在中性或 略偏碱性的水中可迅速氧化水中的铁、锰离 子，生成不溶于水的Fe(OH)3和MnO2沉淀 析出；在较大的pH值范围（610)内可高 效消毒杀菌o4.3.2 高锰酸钾氧化剂法以水溶液的形式加入污染环境中。其可 有效去除污染环境中的多种有机污染物，还 能显著地控制氯化副产物，适用的酸碱范围 广o4.3.3 臭氧氧化剂法臭氧可直接氧化污染物或通过

9、形成自由 基后氧化污染物。在直接氧化过程中臭氧分 子直接加成在反应分子上，形成过渡型中间 产物，然后再转化成反应产物。其能迅速而 广泛地氧化分解水中的大部分有机物。臭氧 自身分解产生的氧气可为土壤中的微生物所 利用4.3.4 双氧水、Fenton试剂及其组合氧 化法o双氧水稳定、无腐蚀性、无二次污染、氧化 选择性高；oFenton试剂：为了提高双氧水的氧化能力 ，在双氧水中加入亚铁离子形成Fenton试 剂，生成具高电负性或亲电子性的强氧化 HO.自由基后，生成Fe(OH)3胶体具有絮 凝作用，在pH为3.55.0,使悬浮固体凝聚 沉淀o利用电化学法产生的Fe2+和H2O2作为 Fenton试

10、剂的持续来源，两者产生后立即 作用而生成具有高度活性的羟基自由基，使 有机物得到降解4.3.5 光催化氧化法o以太阳为辐射源，激发半导体催化剂，产生 强氧化作用的空穴和电子对，而光生空穴将 产生羟基自由基（.OH)等强氧化性自由基 ，分解污染物；研究最多的半导体材料有 TiO2、ZnO、CdS、WO3、SnO2等4.3化学氧化修复技术应用o范围：降解铁、锰和硫化氢、三氯乙稀（ TCE）、四氯乙稀（PCE）等含氯溶剂，以 及苯、甲苯、乙苯和二甲苯（BTEX）o优点：成本低可使污染物通过降解、蒸发及沉淀等方 式去除，或毒性降低；氧化剂反应产物应对 人体无害；修复过程应是实用和经济5 化学还原修复5

11、.1化学还原修复概述o目的：还原污染环境中的污染物，使其毒性 降低或去除o定义：通过向污染环境中添加可促进污染物 还原的物质（还原剂），分解污染物的结构 以降低其毒性o类型：二氧化硫还原剂法硫化氢还原剂法零价铁胶体还原剂法5.2 化学还原修复原理o向污染环境中加入化学还原剂，依靠还原剂的还原 能力，分解破坏污染环境中污染物的结构，使污染 物降解或转化为低毒、低转移性物质反应墙体中添加介质的要求o功能性：染污物与介质之间应必须有物理、化学或 生化反应，从而确保污染流经时，污染物能被清除 ；o易得性：处理区的活性物质应能大量获得，以确保 处理系统长期有效：o安全性：介质不应产生二次污染5.3 化学

12、还原修复技术o5.3.1 SO2还原剂法将SO2溶解在碱性溶液中，以碳酸盐和重碳 酸盐做缓冲溶液，注入被污染环境中，使其 中的Fe3+被还原成Fe2+，由Fe2+还原迁移 态的敏感污染物o5.3.2 硫化氢还原剂法H2S可原位修复Cr6+污染的环境，将其还原 成Cr3+ ，并继续转化成氢氧化铬沉淀， H2S本身转化成硫化物；由于硫化物被认为 是没有危险的，三价铬氢氧化物的溶解度低 ，因此反应产物不会导致环境问题o5.3.3 零价铁胶体还原剂法通过井注射或在污染物流经路线上放置零 价铁胶体，或者直接向被污染环境含水层中 注射微米甚至纳米Fe0胶体还原污染物。基 可还原硝酸盐为氮气、脱掉氯代物中的

13、氯离 子等。5.4 化学还原修复技术应用o范围：对还原作用敏感的污染物，包括铬酸 盐、硝酸盐及氯化物o优点：成本低5.5 化学氧化修复技术局限o局限：可能引起二次污染o限制因素：某些还原剂可能对人体有害（ H2S）、产生未知中间产物；固体还原剂难 以均匀分散6原位可渗透反应墙修复6.1原位可渗透反应墙概述o目的：溶解有机质、金属、放射性以及其他的污染 物质o定义：通过在污染环境中设置包含处理介质反应墙 体分解污染物的结构以降低其毒性o类型（依据反应墙体中的介质）分为： 酸碱度调节法析出法吸附法营养有效性调节法6.2 原位可渗透反应墙原理o通过天然或人工的水力梯度，迫使污染物在 污染环境下层形成

14、污水斑块，该污染斑块流 经反应墙，经过反应墙体中介质的降解、吸 附、淋滤或溶解，降低或去除有机质、金属 、放射性污染物的毒性可渗透反应墙系统剖面示意图6.3 原位可渗透反应墙技术o6.3.1 地下水酸碱度调节法在反应墙体中加入可调节酸碱度的物质， 进而通过调节环境下层水体的pH值，影响 污染物中对pH值或氧化还原电位敏感的组 分的溶解度，特别是将难溶的污染物溶解， 形成污水斑块后流经反应墙净化o6.3.2 吸附法在反应墙体中添加吸附性较强的物质， 如活性炭、沸石及离子交换树脂，吸附流经 的污水中的污染物o6.3.3 析出法在反应墙体中加入可溶性物质，其溶解 后产生的离子与污染物离子形成易析出的

15、颗 粒o6.3.4 营养有效性调节法在反应墙体中添加微生物生长，增殖需要 的物质，进而提高被污染环境中微生物的数 量、种类与降解能力6.4 原位可渗透反应墙技术应用o范围：可溶解、可吸附、可析出以及可降解 的污染物o优点：无需外加动力，不占地面空间，无需 储存、运输o反应墙方案的设计原则 墙体水力特征：墙体的渗透性 添加介质的属性：依据污染物的性质选择具有 去污能力的介质、同时不形成二次污染 监测：设置可监测的设备或设施，如监测井6.5 原位可渗透反应墙技术局限o局限：处理可能不彻底，可能引进再次污染 ，需维护o限制因素：由于反应墙体中介质可添加介质 种类及数量的限制，可能不保证污染物完全 清除；随着污染物在反应墙中的积累，处理 系统活性降低；环境条件改变，可能导致反 应墙体功能的变化7 化学修复技术特征比较