化学氧化修复技术

案例

高锰酸盐作为一种强氧化剂, 通常以水溶液的形式注 入到土壤和地下水的受污染区域, 将污染物最终氧化
为无害的化学物质, 反应式如下:
MnO4- + 4H+ + 3e-→MnO2 + 2H2O

KMnO4不仅能够氧化水溶液中的TCE, 而且还能够氧 化多孔土壤介质中的TCE污染物。与其他氧化剂相 比, KMnO4在环境中的存在时间更为持久, 且适用的 pH 值更为广泛。
概述

Fenton反应有以下优点：产生的· OH可迅速氧化去 除多种有机物，反应不会造成二次污染；H2O2环境
友好且易于处置，会缓慢分解为氧气和水，H2O2的
加入可以提供一部分溶氧，而且铁的来源丰富、无 毒、易于去除，减少了体系的处理成本，有较好的 经济效益。相对于其它高级氧化法，Fenton反应成 本较为低廉，有毒副产物产生的几率显著降低，缺

臭氧主要用于去除低氧化态的氯代烯烃, 其主要机制 分为两类: 臭氧直接与C=C 发生反应, 或是通过· OH
的亲核取代反应, 反应式如下:
2O3 + 3H2O2→4O2 + 2· OH + 2H2O

一些学者研究发现臭氧也可以分解TCE。然而· OH 较低的浓度和与其它溶解物的反应仍然是一个问题。
微孔隙, 而到达更深层的地下环境中, 且与水共存时 形成具有明显交界面的两个独立系统, 导致治理工作 更加困难。
案例
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原位化学氧化(ISCO)就是将化学氧化剂注入到地下 环境中, 通过它们与污染物之间的化学反应将地下水
或土壤中的污染物转化为无害的化学物质的方法。
事实证明, 它能够有效地处理TCE污染的地下水和土 壤。目前用于ISCO的氧化剂主要有以下4种不同的 类型: 高锰酸盐(MnO4-), Fenton试剂(Fe2+／H2O2), 过硫酸盐(S2O82-)和臭氧(O3)。
污染物去除或转化为低毒、低移动性产物来实现净
化目的。

一些氧化性物质（包括各种基团、离子）氧化性强 弱对比如下：氟>羟基自由基>臭氧>过氧化氢>高锰 酸根>次氯酸>二氧化氯>氯气>氧气
概述

高级氧化法主要指的是氧化剂在其它物质存在的情 况下分解产生羟基自由基(· OH)而发生自由基型反应，
这种情况下，污染物可直接或间接矿化为CO2和H2O。
案例

研究指出有4种途径可以提高臭氧的氧化能力: 1.pH 的变化; 2.添加· OH; 3.紫外射线;4.过氧化氢和紫外射
线的联合应用。结果表明当过氧化氢与臭氧以0.5~
0.7:1(w/w)的比例加入的时候, 其氧化速率能够提高 2~3倍。由此证明,在特定环境下采用臭氧对TCE 进 行氧化, 是一种非常有前途的去除过程。

Fenton氧化法是一种高效的、应用最广泛的高级氧 化法，在处理一般氧化剂难氧化、难生物降解的有 毒有机物时具有独特的优势。
概述

1894年法国科学家H.J.H.Fenton在一项科学研究中 发现酸性水溶液中当亚铁离子和过氧化氢共存时可
以有效地将苹果酸氧化。这项研究发现为人们分析
还原性有机物和选择性氧化有机物提供了一种新的 方法。后人为了纪念这位伟大的科学家，将Fe2+／ H2O2命名为Fenton试剂，使用这种试剂的反应称为 Fenton反应。
Fe2++H2O2→Fe3++· OH +OH-
案例

铁催化过氧化氢主要分为2种类型: 利用溶解性铁作 为催化剂, 如Fe2+的Fenton氧化法, 此种方法最大的
局限就是pH值的范围; 以铁氧化物作为催化剂, 如
Fenton-like氧化法。近年来, Fenton-like氧化法已 经被逐渐应用于土壤和地下水的污染治理, 因为土壤 和含水层本身含有大量的天然铁矿物, 由其催化的 Fenton-like反应能够有效地修复TCE污染的土壤和
案例

许多研究人员已经在野外和室内进行了一系列采用 高锰酸盐处理TCE 污染场地的研究。实验结果表明,
pH 值在4~ 8时, 经KMnO4氧化处理8小时后大部分
的TCE都转化为CO2。

高锰酸盐氧化法的缺点是还原物MnO2会在注射井附 近的积累, 影响污染物的质量转移并可能堵塞含水层 介质。
案例
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此外在适当的环境下, Fenton 试剂处理过的源区同 样会导致氯代烯烃污染羽的减小。美国佐治亚州金
海湾(King Bay)的市立垃圾处理厂在对污染源处理
前, PCE污染源的浓度高达4500g/L, 其污染羽中的 VC浓度达到800g/L。经过Fenton试剂的原位化学氧 化, 源区的PCE浓度降低到100g /L以下, 且污染羽中 VC的浓度在处理6年后有明显减少。
点是H2O2利用率低，有机物矿化不充分，运行成本
高。
案例

案例：三氯乙烯污染土壤和地下水污染源区的修复 研究进展

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三氯乙烯(TCE)作为氯代溶剂被广泛应用于金属加工、 电子、干洗等行业, 由于其普遍应用而成为土壤和地 下水环境中最为广泛的污染物之一。TCE的密度大、
黏滞性低, 在地下迁移能力强, 甚至能够穿透土壤细
概述

化学氧化修复技术是利用氧化剂的氧化性能，使污 染物氧化分解，转变成无毒或毒性较小的物质，从
而消除土壤和水体环境中的污染。

氧化剂能使污染物转化或分解成毒性、迁移性或环 境有效性较低的形态。常用于修复的化学氧化剂包 括高锰酸钾、臭氧、过氧化氢和Fenton试剂等。
概述

普通氧化法就是向被污染的土壤或水体中喷撒或注 入化学氧化剂，使其与污染物质发生化学反应，使
地下水。
案例

与传统的Fenton氧化法相比, 此类反应不仅不需要额 外加入Fe2+ , 而且最重要的是并非只在酸性条件下
(pH=2~4)才能发生反应。研究结果表明, Fentonlike法在天然pH条件下可直接氧化DNA PL相的TCE, 在通过7个孔隙体积的H2O2后, 残留在柱中的TCE DNA PL去除率可达到91% , 在柱顶部更高达97% 。
案例

H2O2曾作为氧气的来源应用于土壤生物修复过程中 以促进微生物的生长, 后来又作为氧化剂用于处理土
壤中的污染物, 近年来则更多地应用于氯代溶剂(TCE,
PCE)的原位氧化处理。一些学者发现, Fe2+与H2O2 在酸性条件下( pH=2~3)会发生反应, 生成具有非选 择性强氧化还原能力的· OH, 并放出大量热。其反应 式如下: