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原位化学氧化技术原理

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浏览:- 发布日期:2019-11-01 14:31:24【


原位化学氧化技术是指利用氧化剂本身氧化能力或所产生的自由基的氧化能力氧化土壤中的污染物,使得污染物转变为无害的或毒性更小的物质,从而达到土壤修复的目的。常用的化学氧化用剂有过硫酸盐、芬顿、高锰酸钾和臭氧等。化学氧化方法可以在短时间(几天或几个月)内获得污染物浓度的大量降低(60%90%以上)

 

原位化学氧化技术(ISCO)是一种先进的氧化工艺和先进的氧化技术,一种环境土壤修复技术,用于土壤修复或地下水修复,将目标环境污染物的浓度降低到可接受的水平。

 

注入井原位注入技术工艺流程示意图

原位化学氧化技术(ISCO)通过将强化学氧化剂直接注入或引入污染介质(土壤或地下水)以破坏化学污染物来实现的。它可用于修复各种有机化合物,包括一些耐天然降解的有机化合物。

 

可以通过ISCO对某些有机物质如氯化溶剂(三氯乙烯和四氯乙烯)和汽油相关化合物(苯,甲苯,乙苯,MTBE和二甲苯)进行水体/土壤修复。其他一些污染物可以通过化学氧化降低毒性。

 

其中,注入井原位注入技术。在修复范围内布置用剂注入井,将氧化用剂通过注入井注入到饱和含水层中。氧化用剂与目标污染物接触反应,可同时修复土壤和地下水。该技术设备简单,使用灵活,通过调节注入压力达到不同的影响半径,可在单井反复多次注入用剂,保证修复效果。

 

在众多底泥修复技术中,原位化学修复技术因其投资少、见效快、易于操作等优点,越来越多地受到人们的关注。

 

采集河流中黑臭底泥和上覆水作为实验对象,在实验室条件下自制圆柱状反应器,模拟河流实际环境,往底泥中投加新型复合药剂和其他化学药剂,确定新型复合药剂的适宜剂量,研究不同药剂对城市黑臭河流的修复效果,分析修复机理。在此基础上,进一步研究新型复合药剂和其他方法的联合修复效果,寻找新型复合药剂更多的应用方向。

 

通过试验得出以下结论:

 

(1)投加新型复合药剂对于底泥和上覆水污染有修复效果,修复效果随药剂投加量增加而增加。底泥AVSTOC,上覆水CODNH4+-NTP的去除率最高分别可达到99.13%36.00%83.16%80.47%94.18%。只考虑用新型复合药剂进行底泥土壤修复时,最适宜的加药量为16g/L湿泥。投加此剂量复合药剂实验组,底泥 AVSTOC 稳定在 23mg/L12.58g/kg,去除率达到 98.63%32.00%;底泥ORP值稳定在15mv。上覆水COD、上覆水NH4+-N和上覆水TP数值为20mg/L4.2mg/L 0.13mg/L,去除率达到 75.61%78.95% 92.97%;上覆水DO 值为 6.01,pH 值为 9.15

 

(2)双氧水易于分解,不适合用于修复黑臭河流底泥。往底泥中注入硝酸钙会引起上覆水中NH4+-N增加,其他化学药剂则会不同程度降低上覆水NH4+-N。钙磷沉淀作用是控制磷污染的主要因素,含有钙离子的化学药剂对于TP的控制效果明显强于不含钙离子的化学药剂。硝酸钙不会使上覆水DO升高,其他化学药剂均能不同程度提升上覆水DO。新型复合药剂和过氧化钙均能增加上覆水pH,新型复合药剂比过氧化钙的碱性副作用小,过硫酸氢钾能降低上覆水pH,硝酸钙对上覆水pH几乎没有影响。新型复合药剂稳定性好,碱性副作用较小,有较好的释氧能力和化学氧化性,对碳氮磷等污染物质去除效果强于其他药剂。进行黑臭河流原位化学修复时,新型复合药剂比其他化学药剂有明显的优势。

 

(3)投加新型复合药剂和水体曝气联合修复方法,能进一步减少复合药剂的使用剂量至lOg/L湿泥,降低上覆水pH7.90,同时降低上覆水NH4+-N1.8mg/L,去除率达90.53%。与单纯曝气法相比,减少了曝气时间,节省了经济成本,而且提高了污染物的去除效果。综合考虑各方面因素,先投加复合药剂后水体曝气是最适宜的修复方式。先加药后曝气实验组底泥AVSTOC稳定在105mg/L13.14g/kg,去除率达到 94.17% 24.90%;底泥 ORP -83mv;上覆水CODNH4+-NTP稳定在21mg/L1.80mg/L0.14mg/L,去除率分别为74.07%90.53% 92.63%;上覆水 DO 值和 pH 8.40mg/L 7.90

 

(4)实验结束时经新型复合药剂氧化过的底泥由黑色变为黄褐色,上覆水透明度明显增加且无臭味。对照组底泥和上覆水发黑并散发阵阵臭味。

 

原位化学氧化技术(ISCO)的原理

 

高锰酸钾氧化会降低土壤中的有机质含量,并改变土壤有机质组成。氧化后,土壤中腐殖酸和胡敏素的比例下降,而富里酸的比例则有不同程度的上升。氧化前后土壤中黑碳的含量变化很小;土壤的pH值、阳离子交换量、机械组成等理化性质也有所变化。

 

萘和菲在实验浓度范围内的吸附符合线性等温线,其平均logKOC值分别为2.80±0.144.10±0.14。吸附主要是在土壤有机质中的疏水性分配作用,土壤有机质含量是控制吸附的主要因素。

 

水力压裂注射工艺示意图

高锰酸钾氧化前后土壤中萘和菲的解吸均存在不可逆吸附现象,解吸呈现明显的两相过程。氧化后土壤中污染物的解吸迟滞系数有增加的趋势。解吸行为可以用DED模型较为准确的进行模拟。

 

水力压裂注射工艺。该技术包括钻进系统和注入系统两部分,钻进系统钻进到预定深度位置,开启高压注入系统,将氧化用剂喷射入土壤中,在瞬时高压作用下,氧化用剂溶液呈射流状由中心向外围喷射,可在预定深度内形成均匀的用剂层,继而在对流、弥散和机械扩散的作用下迁移并与目标污染物接触反应,达到土壤修复饱和土层污染的目的。该技术施工设备简单,一体化优势明显,可以定点、定深、定量的进行用剂注入,对不同区域、不同污染浓度的修复更有针对性。

 

高锰酸钾氧化处理污染土壤后,残余污染物的解吸行为与DED模型的预测值基本吻合,高锰酸钾氧化处理对不可逆吸附部分的性质无明显影响。

 

由于吸附和解吸表现出不同的规律和特征,表明解吸并不是吸附的完全可逆过程,两者存在不同的控制机制。并推测不可逆吸附的可能机理是土壤基质在吸附过程中或吸附后发生了结构上的改变,从而导致对污染物的物理捕获。