第六章 污染土壤的化学修复原理与技术
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第六章 污染土壤的化学修复技术
概念 利用加入到土壤中的化学修复剂与污染物发生一定的 化学反应，使污染物浓度降低的修复技术，修复剂包 括氧化剂、还原剂、解吸剂、增溶剂和沉淀剂
化学钝化修复 化学氧化修复 化学还原修复 化学淋洗 溶剂浸提
化学修复技术的适用范围
6.1 土壤化学钝化修复技术（土壤性能改良修复技术）
类型
传统的地下水泵－处理 可渗透反应墙
化学还原与还原脱氯修复的设计步骤
化学还原修复过程的三个阶段
注射 抽提试剂 抽提反应物
传统的地下水泵－处理方式的缺点 只能限制污染物的进一步扩散，不能原位修复 泵的使用需要能量供给，且系统需要定期维护检修 一旦停止泵抽提，污染会重新形成
可渗透反应墙
可渗透反应墙－概念
技术介绍 利用溶剂将有害化学物质从污染土壤中提取出来或去除
适用性： 处理不溶于水的污染物，如油脂类、多氯联苯(PCBs)等
溶剂浸提修复技术示意图
溶剂浸提系统构成
溶剂浸提修复技术的优势
课外作业
1.试述土壤钝化修复技术的基本原理、修复机理、适用范围及影响因素。 2.石灰性物质及有机物质对重金属污染农地的改良修复作用分别有哪些？ 3.常用的调节土壤Eh的措施有哪些？ 4.修复土壤重金属污染常用的稳定剂有哪些？ 5.试述含磷材料修复重金属污染土壤的机理。 6.试述化学氧化修复技术的基本原理及适用范围。 7.化学氧化修复技术氧化剂的选择原则是什么？常用的氧化剂有哪些？影
6.1.1 基本概念 该技术是基于降低污染风险目的，通过向土壤中加入稳定剂， 以调节和改变重金属在土壤中的物理化学性质，使其发生吸附 、沉淀、络合、离子交换和气化还原等一系列反应，降低其在 土壤环境中生物有效性和可迁移性，从而减少重金属对动植物 的毒性的过程。
6.1.2 修复机理
离子吸附 与重金属形成难溶盐 改变土壤pH值使重金属沉淀 有机物螯合 氧化还原
晶置换而被固定 金属阳离子在矿物表面发生静电吸附和共沉淀
作用被固定
2）粘土矿物
主要通过三类作用力实现对重金属离子的吸附 作用：
静电作用 表面络合/沉淀作用 离子交换作用
3）工业废弃物，如粉煤灰、赤泥 4）生物炭 5）有机物料，如桔杆、家禽粪便、城市污染、
有机堆肥等 6）纳米铁或含铁纳米材料
态氯化物等
技术要素
化学氧化剂 分散技术
污染土壤化学氧化修复技术示意图
化学氧化修复技术的三个优点
反应后的产物毒性低可无毒 泵出的液体不需要进行再次处理 可处理地层深处的污染
化学氧化技术中的氧化剂选取的原则
反应必须足够强烈，使污染物可被彻底氧化 氧化剂及反应产物应对人体无害 氧化剂易得
常用氧化剂
双氧水 高锰酸钾 臭氧
墙体是由天然物质和一种或几种活性物质混合在一起构成，这些反应材料能 够降解和滞留流经该墙体地下水的污染组分，从而达到治理污染组分的目的
可渗透化学活性反应墙示意图
常用还原剂：
液态SO2 气态的H2S 零价Fe胶体
SO2还原剂
气态的H2S还原剂
原位修复Cr6+污染土壤，加入H2S还原剂将Cr6+还原成Cr3+， 并继续转化成氢氧化铬沉淀，H2S本身转化为硫化物
（2）注入系统参数：注入点之间的水平距离 、注入氧化剂的量、日注入量等
6.3 化学还原修复技术
6.3.1技术介绍 利用化学还原剂将污染物还原为难溶态，从而使污染
物在土壤环境中的迁移性或其它活性降低
适用范围 一般用于污染物在地下较深范围很大区域成斑块扩散
，对地下水构成污染，且常规技术难以奏效的污染修复。
6.1.4 影响因素
1）土壤pH值 2）重金属离子之间的相互竞争作用 3）植物生长 4）农艺措施
6.2 化学氧化修复技术
6.2.1技术介绍 通过在污染区设置不同深度的钻井，然后通过钻井中
的泵将化学氧化剂注入土壤，使氧化剂与污染物发生反应 ，降低污染物浓度
适用范围 难以降解的污染物，如油、有机溶剂、农药及非水溶
举例三：加入氧化还原物质
措施： 调节土壤的水分含量 或向水中施加还原性物物质
H2S
实例： 将汞或砷污染的水田改为旱地；铬污染的 旱地改为水田
6.1.3 钝化材料
1）含磷材料
其机理表现在以下方面： 提高pH，使重金属生成生成氢氧化物沉淀 利用释放的磷酸根与重金属离子作用，生成溶
解度更小的磷酸盐矿物（磷氯铅矿等） 重金属离子与含磷矿物晶格中的阳离子发生同
原位化学淋洗修复示意图
异位化学淋洗修复示意图
土壤异位淋洗法流程
6.4.3 化学淋洗修复的特点
6.4.4 影响因素
土壤质地特征 污染物类型及赋存状态 淋洗剂的类型及其在质量转移中受到的阻力 淋洗液的可处理性和可循环性 水土比 洗脱时间 洗脱次数
6.5 溶剂浸提修复技术
物化学溶剂，在重力作用下或通过水力压推动淋洗液注入 到被污染土层中与污染物反应，然后再把包含有污染物的 液体从土层中抽提出来，进行分离和污水处理
类型
原位化学淋洗修复 异位化学淋洗修复
6.4.2污染土壤化学修复的淋洗过程
淋洗液向土壤表面扩散 对污染物质的溶解 淋洗出的污染物在土壤内部扩散 淋洗出的污染物从土壤表面向液体扩散
技术应用
适用范围： 污染程度较轻的土壤 改良剂： 石灰性物质
有机物质及粘土矿物 个改良作用
措施： 投加粉末状石灰 局限性： 与某些植物营养元素反应
举例二：加入有机物质及粘土矿物
有机物质及粘土矿物的两个改良作用
提高土壤的肥力 增强土壤对重金属离子和有机物的吸附能力，通过 有机物质与重金属的缝合、螯合作用，粘土矿物与重 金属离子和有机污染物的物理、化学吸附作用，使污 染物分子活性降低
响土壤化学氧化修复技术的因素有哪些？ 8.试述化学还原修复技术的基本原理及适用范围。 9.试述化学还原修复的设计步骤。 10.试述化学淋洗修复技术的基本原理、适用范围及影响因素。
常用三种氧化剂的特点
氧化剂分散技术 竖直井、水平井、过滤装置、处理栅
6.2.2 影响因素
（1）土壤的渗透性
（2）土壤有机碳
（3）氧化剂
自然需氧量（NOD,natural oxidant demand）： 非污染物对氧化剂的消耗
6.2.3 修复设计要关注的重要参数
（1）土壤参数：土壤结构、土壤渗透性、地 下水位、土壤消耗的氧化剂、缓冲容量
Fe0胶体还原剂
强的还原剂，可脱掉氯化溶剂的氯离子，把可迁移的氧化阴 离子转化成难迁移态 应用研究：用含Fe0胶体的活性反应墙来处理污染地下水 优点： 安装和操作相对经济，工作人员的危险性减小
Fe0胶体活性反应栅示意图
常用还原剂的应用特征
6.4 化学淋洗修复技术
6.4.1技术介绍 借助能促进土壤环境中污染物溶解或迁移的化学/生
概念 利用加入到土壤中的化学修复剂与污染物发生一定的 化学反应，使污染物浓度降低的修复技术，修复剂包 括氧化剂、还原剂、解吸剂、增溶剂和沉淀剂
化学钝化修复 化学氧化修复 化学还原修复 化学淋洗 溶剂浸提
化学修复技术的适用范围
6.1 土壤化学钝化修复技术（土壤性能改良修复技术）
类型
传统的地下水泵－处理 可渗透反应墙
化学还原与还原脱氯修复的设计步骤
化学还原修复过程的三个阶段
注射 抽提试剂 抽提反应物
传统的地下水泵－处理方式的缺点 只能限制污染物的进一步扩散，不能原位修复 泵的使用需要能量供给，且系统需要定期维护检修 一旦停止泵抽提，污染会重新形成
可渗透反应墙
可渗透反应墙－概念
技术介绍 利用溶剂将有害化学物质从污染土壤中提取出来或去除
适用性： 处理不溶于水的污染物，如油脂类、多氯联苯(PCBs)等
溶剂浸提修复技术示意图
溶剂浸提系统构成
溶剂浸提修复技术的优势
课外作业
1.试述土壤钝化修复技术的基本原理、修复机理、适用范围及影响因素。 2.石灰性物质及有机物质对重金属污染农地的改良修复作用分别有哪些？ 3.常用的调节土壤Eh的措施有哪些？ 4.修复土壤重金属污染常用的稳定剂有哪些？ 5.试述含磷材料修复重金属污染土壤的机理。 6.试述化学氧化修复技术的基本原理及适用范围。 7.化学氧化修复技术氧化剂的选择原则是什么？常用的氧化剂有哪些？影
6.1.1 基本概念 该技术是基于降低污染风险目的，通过向土壤中加入稳定剂， 以调节和改变重金属在土壤中的物理化学性质，使其发生吸附 、沉淀、络合、离子交换和气化还原等一系列反应，降低其在 土壤环境中生物有效性和可迁移性，从而减少重金属对动植物 的毒性的过程。
6.1.2 修复机理
离子吸附 与重金属形成难溶盐 改变土壤pH值使重金属沉淀 有机物螯合 氧化还原
晶置换而被固定 金属阳离子在矿物表面发生静电吸附和共沉淀
作用被固定
2）粘土矿物
主要通过三类作用力实现对重金属离子的吸附 作用：
静电作用 表面络合/沉淀作用 离子交换作用
3）工业废弃物，如粉煤灰、赤泥 4）生物炭 5）有机物料，如桔杆、家禽粪便、城市污染、
有机堆肥等 6）纳米铁或含铁纳米材料
态氯化物等
技术要素
化学氧化剂 分散技术
污染土壤化学氧化修复技术示意图
化学氧化修复技术的三个优点
反应后的产物毒性低可无毒 泵出的液体不需要进行再次处理 可处理地层深处的污染
化学氧化技术中的氧化剂选取的原则
反应必须足够强烈，使污染物可被彻底氧化 氧化剂及反应产物应对人体无害 氧化剂易得
常用氧化剂
双氧水 高锰酸钾 臭氧
墙体是由天然物质和一种或几种活性物质混合在一起构成，这些反应材料能 够降解和滞留流经该墙体地下水的污染组分，从而达到治理污染组分的目的
可渗透化学活性反应墙示意图
常用还原剂：
液态SO2 气态的H2S 零价Fe胶体
SO2还原剂
气态的H2S还原剂
原位修复Cr6+污染土壤，加入H2S还原剂将Cr6+还原成Cr3+， 并继续转化成氢氧化铬沉淀，H2S本身转化为硫化物
（2）注入系统参数：注入点之间的水平距离 、注入氧化剂的量、日注入量等
6.3 化学还原修复技术
6.3.1技术介绍 利用化学还原剂将污染物还原为难溶态，从而使污染
物在土壤环境中的迁移性或其它活性降低
适用范围 一般用于污染物在地下较深范围很大区域成斑块扩散
，对地下水构成污染，且常规技术难以奏效的污染修复。
6.1.4 影响因素
1）土壤pH值 2）重金属离子之间的相互竞争作用 3）植物生长 4）农艺措施
6.2 化学氧化修复技术
6.2.1技术介绍 通过在污染区设置不同深度的钻井，然后通过钻井中
的泵将化学氧化剂注入土壤，使氧化剂与污染物发生反应 ，降低污染物浓度
适用范围 难以降解的污染物，如油、有机溶剂、农药及非水溶
举例三：加入氧化还原物质
措施： 调节土壤的水分含量 或向水中施加还原性物物质
H2S
实例： 将汞或砷污染的水田改为旱地；铬污染的 旱地改为水田
6.1.3 钝化材料
1）含磷材料
其机理表现在以下方面： 提高pH，使重金属生成生成氢氧化物沉淀 利用释放的磷酸根与重金属离子作用，生成溶
解度更小的磷酸盐矿物（磷氯铅矿等） 重金属离子与含磷矿物晶格中的阳离子发生同
原位化学淋洗修复示意图
异位化学淋洗修复示意图
土壤异位淋洗法流程
6.4.3 化学淋洗修复的特点
6.4.4 影响因素
土壤质地特征 污染物类型及赋存状态 淋洗剂的类型及其在质量转移中受到的阻力 淋洗液的可处理性和可循环性 水土比 洗脱时间 洗脱次数
6.5 溶剂浸提修复技术
物化学溶剂，在重力作用下或通过水力压推动淋洗液注入 到被污染土层中与污染物反应，然后再把包含有污染物的 液体从土层中抽提出来，进行分离和污水处理
类型
原位化学淋洗修复 异位化学淋洗修复
6.4.2污染土壤化学修复的淋洗过程
淋洗液向土壤表面扩散 对污染物质的溶解 淋洗出的污染物在土壤内部扩散 淋洗出的污染物从土壤表面向液体扩散
技术应用
适用范围： 污染程度较轻的土壤 改良剂： 石灰性物质
有机物质及粘土矿物 个改良作用
措施： 投加粉末状石灰 局限性： 与某些植物营养元素反应
举例二：加入有机物质及粘土矿物
有机物质及粘土矿物的两个改良作用
提高土壤的肥力 增强土壤对重金属离子和有机物的吸附能力，通过 有机物质与重金属的缝合、螯合作用，粘土矿物与重 金属离子和有机污染物的物理、化学吸附作用，使污 染物分子活性降低
响土壤化学氧化修复技术的因素有哪些？ 8.试述化学还原修复技术的基本原理及适用范围。 9.试述化学还原修复的设计步骤。 10.试述化学淋洗修复技术的基本原理、适用范围及影响因素。
常用三种氧化剂的特点
氧化剂分散技术 竖直井、水平井、过滤装置、处理栅
6.2.2 影响因素
（1）土壤的渗透性
（2）土壤有机碳
（3）氧化剂
自然需氧量（NOD,natural oxidant demand）： 非污染物对氧化剂的消耗
6.2.3 修复设计要关注的重要参数
（1）土壤参数：土壤结构、土壤渗透性、地 下水位、土壤消耗的氧化剂、缓冲容量
Fe0胶体还原剂
强的还原剂，可脱掉氯化溶剂的氯离子，把可迁移的氧化阴 离子转化成难迁移态 应用研究：用含Fe0胶体的活性反应墙来处理污染地下水 优点： 安装和操作相对经济，工作人员的危险性减小
Fe0胶体活性反应栅示意图
常用还原剂的应用特征
6.4 化学淋洗修复技术
6.4.1技术介绍 借助能促进土壤环境中污染物溶解或迁移的化学/生