环境污染的化学修复.ppt
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,1.1 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。1.2 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,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 化学淋洗修复概述目的：清除污染环境中的有机污染物和重金属定义：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,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,2.3.1 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,原位化学淋洗技术流程图,2.3.2 异位化学淋洗法,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 化学淋洗修复技术应用,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,淋洗液向土壤污染层扩散；对污染物质的溶解、吸附、螯合等；淋洗出的污染物在土壤内部转移；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,局限：产生大量需进一步处理的废液、可能引起再次污染限制因素：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 化学固定修复概述目的：钝化污染环境中的污染物，主要包括重金属离子定义：通过向污染环境中添加可促进污染物钝化的物质（固定剂），降低污染物的毒性类型：有机固定剂 无机固定剂 有机无机复合,3.2 化学固定修复原理,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,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,3.3.1 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,3.3.2 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,3.3.3 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,范围：程度较轻、污染范围较大、污染物处于环境表层或浅层优点：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,局限：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,4.3.1 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,4.3.2 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,4.3.3 臭氧氧化剂法 臭氧可直接氧化污染物或通过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,双氧水稳定、无腐蚀性、无二次污染、氧化选择性高；Fenton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,利用电化学法产生的Fe2+和H2O2作为Fenton试剂的持续来源，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,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,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）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,5.1化学还原修复概述目的：还原污染环境中的污染物，使其毒性降低或去除定义：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,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；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：安全性：介质不应产生二次污染,5.3 化学还原修复技术,5.3.1 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,5.3.2 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,5.3.3 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、脱掉氯代物中的氯离子等。,5.4 化学还原修复技术应用,范围：对还原作用敏感的污染物，包括铬酸盐、硝酸盐及氯化物优点：成本低,5.5 化学氧化修复技术局限,局限：可能引起二次污染限制因素：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目的：溶解有机质、金属、放射性以及其他的污染物质定义：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,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,6.3.1 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,6.3.2 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,6.3.3 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颗粒,6.3.4 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,范围：可溶解、可吸附、可析出以及可降解的污染物优点：无需外加动力，不占地面空间，无需储存、运输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,局限：处理可能不彻底，可能引进再次污染，需维护限制因素：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,
