第3章環(huán)境污染的化學(xué)修復(fù)

1、第三章 污染環(huán)境的化學(xué)修復(fù)1 化學(xué)修復(fù)概述2 化學(xué)淋洗修復(fù)3 化學(xué)固定修復(fù)4 化學(xué)氧化修復(fù)5 化學(xué)還原修復(fù)6 還原可滲透反應(yīng)墻修復(fù)1 化學(xué)修復(fù)概述o 1.1 化學(xué)修復(fù)定義 通過(guò)添加化學(xué)劑清除和降低污染環(huán)境中污染物的方法。采用適當(dāng)?shù)姆椒▽⒑线m的化學(xué)清除劑加入污染環(huán)境，利用化學(xué)清除劑吸附、吸收、遷移、淋溶、揮發(fā)、擴(kuò)散和降解污染物，改變污染物在環(huán)境中的性質(zhì)，進(jìn)而清除污染物或降低污染物的濃度至安全標(biāo)準(zhǔn)范圍。o 1.2 化學(xué)修復(fù)特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：快捷、操作簡(jiǎn)便、對(duì)污染物的性質(zhì)和濃度不敏感等 缺點(diǎn)：可能造成二次污染等1.3 化學(xué)修復(fù)技術(shù)類型o 根據(jù)處理對(duì)象的位置是否改變分為： 原位化學(xué)修復(fù)原位化學(xué)修復(fù) 在污染環(huán)

2、境現(xiàn)場(chǎng)加入化學(xué)清除劑，使之得以降解和解毒； 異位化學(xué)修復(fù)異位化學(xué)修復(fù) 通過(guò)必要的化學(xué)措施，將污染環(huán)境中的污染物轉(zhuǎn)化為液體，輸送至特定地點(diǎn)處理，以降低其污染物濃度或去除o 根據(jù)修復(fù)技術(shù)：化學(xué)淋洗修復(fù)、化學(xué)固定修復(fù)、化學(xué)氧化修復(fù)、化學(xué)還原修復(fù)及還原可滲透反應(yīng)墻修復(fù)2 化學(xué)淋洗修復(fù)2.1 化學(xué)淋洗修復(fù)概述o 目的：清除污染環(huán)境中的有機(jī)污染物和重金屬o 定義：通過(guò)向污染環(huán)境中添加可促進(jìn)污染物溶解或遷移的化學(xué)/生物化學(xué)溶劑，將污染抽提出環(huán)境的技術(shù)o 類型：原位化學(xué)淋洗修復(fù) 異位化學(xué)淋洗修復(fù)2.2 化學(xué)淋洗修復(fù)原理o 借助能促進(jìn)污染環(huán)境中污染物溶解或遷移的化學(xué)/生物化學(xué)溶劑，在重力作用或水壓推動(dòng)下將淋洗液

3、注入被污染的環(huán)境中，在化學(xué)清除劑與污染物接觸并形成混合液體后，將混合液抽提出環(huán)境，進(jìn)行分離和污水處理。淋洗液具有淋洗、增溶、乳化或改變污染物化學(xué)性質(zhì)的作用2.3 化學(xué)淋洗修復(fù)技術(shù)o 2.3.1 原位化學(xué)淋洗法 向污染環(huán)境中施加沖洗劑，使其與污染物結(jié)合，通過(guò)淋洗液的解吸、螯合，溶解或絡(luò)合等物理、化學(xué)作用，最終形成可遷移的混合物，該混合物可用梯度井或其他方式收集、儲(chǔ)存進(jìn)一步處理o 原位化學(xué)淋洗技術(shù)流程圖2.3.2 異位化學(xué)淋洗法o 將受污染的環(huán)境隔離或取出，用水或溶于水的化學(xué)試劑清洗、去除污染物后取消隔離，回填或運(yùn)到其它地點(diǎn)，而含有污染物的廢水或廢液進(jìn)一步處理異位化學(xué)淋洗修復(fù)技術(shù)流程圖兩種化學(xué)淋洗

4、修復(fù)技術(shù)特征比較2.4 化學(xué)淋洗修復(fù)技術(shù)應(yīng)用o 化學(xué)淋洗液種類：污染物的種類決定了使用淋洗液的類型常用化學(xué)淋洗液常用化學(xué)淋洗液o 淋洗液向土壤污染層擴(kuò)散；o 對(duì)污染物質(zhì)的溶解、吸附、螯合等；o 淋洗出的污染物在土壤內(nèi)部轉(zhuǎn)移；o 淋洗出的污染物從土壤內(nèi)部排出對(duì)于污染土壤修復(fù)而言，淋洗過(guò)程包括：2.5 化學(xué)淋洗修復(fù)技術(shù)局限o 局限：產(chǎn)生大量需進(jìn)一步處理的廢液、可能引起再次污染o 限制因素：成本、被污染環(huán)境基質(zhì)特征、污染物類型、淋洗劑類型3 化學(xué)固定修復(fù)3.1 化學(xué)固定修復(fù)概述o 目的：鈍化污染環(huán)境中的污染物，主要包括重金屬離子o 定義：通過(guò)向污染環(huán)境中添加可促進(jìn)污染物鈍化的物質(zhì)（固定劑），降低污染

5、物的毒性o 類型：有機(jī)固定劑 無(wú)機(jī)固定劑 有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合3.2 化學(xué)固定修復(fù)原理o 在污染環(huán)境中加入化學(xué)試劑，并利用它們調(diào)節(jié)污染環(huán)境條件、改變污染物的形態(tài)、水溶性、遷移性等物理化學(xué)性質(zhì)，使污染物鈍化，形成不溶性或移動(dòng)性差、毒性小的物質(zhì)o 吸附作用：將污染環(huán)境中的污染物以水合離子、陽(yáng)離子以及無(wú)電荷聯(lián)合體的形式吸附的過(guò)程o 配合作用機(jī)理：一些固定劑的離子可與某些污染物發(fā)生專屬性吸附作用o 共沉淀機(jī)理：固定劑溶解后產(chǎn)生的陰離子，在適當(dāng)?shù)乃釅A條件下，與污染物結(jié)合成穩(wěn)定、難溶物質(zhì)。3.3 化學(xué)固定修復(fù)技術(shù)o 3.3.1 有機(jī)固定劑法 依據(jù)污染環(huán)境中污染物的性質(zhì)，加入有機(jī)化學(xué)試劑，使污染物鈍化，形成不溶性或

6、移動(dòng)性差、毒性小的物質(zhì)常用有機(jī)固定劑的種類及其來(lái)源o 3.3.2 無(wú)機(jī)固定劑法 依據(jù)污染環(huán)境中污染物的性質(zhì)，加入無(wú)機(jī)化學(xué)試劑，使污染物鈍化，形成不溶性或移動(dòng)性差、毒性小的物質(zhì)常用無(wú)機(jī)固定劑的種類及其來(lái)源o 3.3.3 有機(jī)無(wú)機(jī)固定劑法 依據(jù)污染環(huán)境中污染物的性質(zhì)，加入有機(jī)無(wú)機(jī)化學(xué)試劑，使污染物鈍化，形成不溶性或移動(dòng)性差、毒性小的物質(zhì)常用有機(jī)無(wú)機(jī)固定劑的種類及其來(lái)源3.4 化學(xué)固定修復(fù)技術(shù)應(yīng)用o 范圍：程度較輕、污染范圍較大、污染物處于環(huán)境表層或淺層o 優(yōu)點(diǎn)：成本低 在適當(dāng)?shù)乃釅A條件下，使金屬離子形成難溶性復(fù)合物而難淋溶； 金屬離子被整合到復(fù)合晶體結(jié)構(gòu)中，進(jìn)而不易溶解和滲濾； 金屬離子被截留在復(fù)

7、合體低滲透性的基質(zhì)中。3.5 化學(xué)固定修復(fù)技術(shù)局限o 局限：低遷移態(tài)金屬離子可能重新活化。加入固定劑后，金屬離子向低遷移態(tài)形式轉(zhuǎn)變，但環(huán)境條件的改變，可能使金屬離子從惰性態(tài)轉(zhuǎn)化為活性態(tài)，再次污染o 限制因素：外源物質(zhì)添加量、外源物質(zhì)種類、外源物質(zhì)添加形式、污染物的物理化學(xué)性質(zhì) 4 化學(xué)氧化修復(fù)4.1化學(xué)氧化修復(fù)概述o 目的：氧化污染環(huán)境中的污染物，包括溶解態(tài)的無(wú)機(jī)與有機(jī)污染物o 定義：通過(guò)向污染環(huán)境中添加可促進(jìn)污染物氧化的物質(zhì)（氧化劑），分解污染物的結(jié)構(gòu)以降低其毒性o 類型：二氧化氯 高錳酸鉀 臭氧 雙氧水、fenton試劑及其組合氧化法 光催化氧化4.2 化學(xué)氧化修復(fù)原理 向污染環(huán)境中加入化

8、學(xué)氧化劑，依靠化學(xué)氧化劑的氧化能力，分解破壞污染環(huán)境中污染物的結(jié)構(gòu)，使污染物降解或轉(zhuǎn)化為低毒、低移動(dòng)性物質(zhì)4.3 化學(xué)氧化修復(fù)技術(shù)o 4.3.1 二氧化氯氧化劑法 以氣體形式加入污染環(huán)境，氧化其中的有機(jī)物。其氧化能力強(qiáng)且穩(wěn)定，生產(chǎn)簡(jiǎn)單。主要用于酚類、氯酚、氰化物、硫化物、胺類化合物、腐殖酸等成分氧化去除；在中性或略偏堿性的水中可迅速氧化水中的鐵、錳離子，生成不溶于水的fe(oh)3和mno2沉淀析出；在較大的ph值范圍（610)內(nèi)可高效消毒殺菌o 4.3.2 高錳酸鉀氧化劑法 以水溶液的形式加入污染環(huán)境中。其可有效去除污染環(huán)境中的多種有機(jī)污染物，還能顯著地控制氯化副產(chǎn)物，適用的酸堿范圍廣o 4

9、.3.3 臭氧氧化劑法 臭氧可直接氧化污染物或通過(guò)形成自由基后氧化污染物。在直接氧化過(guò)程中臭氧分子直接加成在反應(yīng)分子上，形成過(guò)渡型中間產(chǎn)物，然后再轉(zhuǎn)化成反應(yīng)產(chǎn)物。其能迅速而廣泛地氧化分解水中的大部分有機(jī)物。臭氧自身分解產(chǎn)生的氧氣可為土壤中的微生物所利用4.3.4 雙氧水、fenton試劑及其組合氧化法o 雙氧水穩(wěn)定、無(wú)腐蝕性、無(wú)二次污染、氧化選擇性高；o fenton試劑：為了提高雙氧水的氧化能力，在雙氧水中加入亞鐵離子形成fenton試劑，生成具高電負(fù)性或親電子性的強(qiáng)氧化ho.自由基后，生成fe(oh)3膠體具有絮凝作用，在ph為3.55.0,使懸浮固體凝聚沉淀o 利用電化學(xué)法產(chǎn)生的fe2+

10、和h2o2作為fenton試劑的持續(xù)來(lái)源，兩者產(chǎn)生后立即作用而生成具有高度活性的羥基自由基，使有機(jī)物得到降解4.3.5 光催化氧化法o 以太陽(yáng)為輻射源，激發(fā)半導(dǎo)體催化劑，產(chǎn)生強(qiáng)氧化作用的空穴和電子對(duì)，而光生空穴將產(chǎn)生羥基自由基（.oh)等強(qiáng)氧化性自由基，分解污染物；研究最多的半導(dǎo)體材料有tio2、zno、cds、wo3、sno2等4.3化學(xué)氧化修復(fù)技術(shù)應(yīng)用o 范圍：降解鐵、錳和硫化氫、三氯乙?。╰ce）、四氯乙?。╬ce）等含氯溶劑，以及苯、甲苯、乙苯和二甲苯（btex）o 優(yōu)點(diǎn)：成本低 可使污染物通過(guò)降解、蒸發(fā)及沉淀等方式去除，或毒性降低；氧化劑反應(yīng)產(chǎn)物應(yīng)對(duì)人體無(wú)害；修復(fù)過(guò)程應(yīng)是實(shí)用和經(jīng)濟(jì)5

11、 化學(xué)還原修復(fù)5.1化學(xué)還原修復(fù)概述o 目的：還原污染環(huán)境中的污染物，使其毒性降低或去除o 定義：通過(guò)向污染環(huán)境中添加可促進(jìn)污染物還原的物質(zhì)（還原劑），分解污染物的結(jié)構(gòu)以降低其毒性o 類型：二氧化硫還原劑法 硫化氫還原劑法 零價(jià)鐵膠體還原劑法5.2 化學(xué)還原修復(fù)原理o 向污染環(huán)境中加入化學(xué)還原劑，依靠還原劑的還原能力，分解破壞污染環(huán)境中污染物的結(jié)構(gòu)，使污染物降解或轉(zhuǎn)化為低毒、低轉(zhuǎn)移性物質(zhì) 反應(yīng)墻體中添加介質(zhì)的要求o 功能性：染污物與介質(zhì)之間應(yīng)必須有物理、化學(xué)或生化反應(yīng)，從而確保污染流經(jīng)時(shí)，污染物能被清除；o 易得性：處理區(qū)的活性物質(zhì)應(yīng)能大量獲得，以確保處理系統(tǒng)長(zhǎng)期有效：o 安全性：介質(zhì)不應(yīng)產(chǎn)生

12、二次污染5.3 化學(xué)還原修復(fù)技術(shù)o 5.3.1 so2還原劑法 將so2溶解在堿性溶液中，以碳酸鹽和重碳酸鹽做緩沖溶液，注入被污染環(huán)境中，使其中的fe3+被還原成fe2+，由fe2+還原遷移態(tài)的敏感污染物o 5.3.2 硫化氫還原劑法 h2s可原位修復(fù)cr6+污染的環(huán)境，將其還原成cr3+ ，并繼續(xù)轉(zhuǎn)化成氫氧化鉻沉淀，h2s本身轉(zhuǎn)化成硫化物；由于硫化物被認(rèn)為是沒(méi)有危險(xiǎn)的，三價(jià)鉻氫氧化物的溶解度低，因此反應(yīng)產(chǎn)物不會(huì)導(dǎo)致環(huán)境問(wèn)題o 5.3.3 零價(jià)鐵膠體還原劑法 通過(guò)井注射或在污染物流經(jīng)路線上放置零價(jià)鐵膠體，或者直接向被污染環(huán)境含水層中注射微米甚至納米fe0膠體還原污染物?；蛇€原硝酸鹽為氮?dú)?、?/p>

13、掉氯代物中的氯離子等。5.4 化學(xué)還原修復(fù)技術(shù)應(yīng)用o 范圍：對(duì)還原作用敏感的污染物，包括鉻酸鹽、硝酸鹽及氯化物o 優(yōu)點(diǎn)：成本低5.5 化學(xué)氧化修復(fù)技術(shù)局限o 局限：可能引起二次污染o 限制因素：某些還原劑可能對(duì)人體有害（h2s）、產(chǎn)生未知中間產(chǎn)物；固體還原劑難以均勻分散6原位可滲透反應(yīng)墻修復(fù)6.1原位可滲透反應(yīng)墻概述o 目的：溶解有機(jī)質(zhì)、金屬、放射性以及其他的污染物質(zhì)o 定義：通過(guò)在污染環(huán)境中設(shè)置包含處理介質(zhì)反應(yīng)墻體分解污染物的結(jié)構(gòu)以降低其毒性o 類型（依據(jù)反應(yīng)墻體中的介質(zhì)）分為： 酸堿度調(diào)節(jié)法 析出法 吸附法 營(yíng)養(yǎng)有效性調(diào)節(jié)法6.2 原位可滲透反應(yīng)墻原理o 通過(guò)天然或人工的水力梯度，迫使污染

14、物在污染環(huán)境下層形成污水斑塊，該污染斑塊流經(jīng)反應(yīng)墻，經(jīng)過(guò)反應(yīng)墻體中介質(zhì)的降解、吸附、淋濾或溶解，降低或去除有機(jī)質(zhì)、金屬、放射性污染物的毒性可滲透反應(yīng)墻系統(tǒng)剖面示意圖6.3 原位可滲透反應(yīng)墻技術(shù)o 6.3.1 地下水酸堿度調(diào)節(jié)法 在反應(yīng)墻體中加入可調(diào)節(jié)酸堿度的物質(zhì)，進(jìn)而通過(guò)調(diào)節(jié)環(huán)境下層水體的ph值，影響污染物中對(duì)ph值或氧化還原電位敏感的組分的溶解度，特別是將難溶的污染物溶解，形成污水斑塊后流經(jīng)反應(yīng)墻凈化o 6.3.2 吸附法 在反應(yīng)墻體中添加吸附性較強(qiáng)的物質(zhì)，如活性炭、沸石及離子交換樹(shù)脂，吸附流經(jīng)的污水中的污染物 o 6.3.3 析出法 在反應(yīng)墻體中加入可溶性物質(zhì)，其溶解后產(chǎn)生的離子與污染物離子形成易析出的顆粒o 6.3.4 營(yíng)養(yǎng)有效性調(diào)節(jié)法 在反應(yīng)墻體中添加微生物生長(zhǎng)，增殖需要的物質(zhì)，進(jìn)而提高被污染環(huán)境中微生物的數(shù)量、種類與降解能力6.4 原位可滲透反應(yīng)墻技術(shù)應(yīng)用o 范圍：可溶解、可吸附、可析出以及可降解的污染物o 優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需外加動(dòng)力，不占地面空間，