[實用新型]過硫酸鹽熱蒸汽激活高級氧化異位修復污染土壤的模擬試驗裝置

有效

• 申請號: 201320535117.0
• 申請日: 2013-08-29
• 公開（公告）號: CN203437406U
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 張長波;楊潔;羅啟仕;李青青;李忠元;王旌;高潔;朱悅
• 申請（專利權）人: 上海市環境科學研究院
• 主分類號: B09C1/08
• 分類號: B09C1/08
• 代理公司: 上海精晟知識產權代理有限公司 31253
• 代理人: 肖愛華

技術領域

本實用新型屬于污染土壤修復技術領域，具體涉及一種過硫酸鹽熱蒸汽激活高級氧化異位修復污染土壤的模擬試驗裝置。

背景技術

隨著城市化和產業轉移進程的加快，我國城市工業企業搬遷或遺留的污染場地數量與日俱增。初步估計，我國各類工業污染場地至少以數十萬計。城市污染場地已成為我國許多大中城市土地資源安全再利用的限制因素。場地污染土壤修復的研究和實踐已成為我國環境治理領域的重要內容。

據估計，在城市污染場地中潛在的揮發性有機物（VOCs）和半揮發性有機物（SVOCs）污染場地占到一半左右。如何合理有效地處置揮發/半揮發性有機物污染土壤已成為亟需解決的技術難題。

按土壤修復位置的不同，可以將土壤修復技術分為原位和異位兩種，前者不需將土壤挖掘出來而在原地進行污染土壤的修復。上海的土壤類型主要為漬潛型和淋溶-淀積型的水成和半水成土，絕大部分地區土壤的粘粒含量高于16.35%，質地較為粘重，滲透系數一般低于10^-5cm/s，因此原位土壤修復技術的應用受到限制。

異位高級氧化修復技術是重要的有機污染土壤修復技術，具有修復效率高、時間短、成本低、對污染物類型和濃度不敏感等優點，自20世紀90年代以來，該技術開始應用于有機污染場地的修復。國內外研究人員對高錳酸鹽、過氧化氫、芬頓試劑和臭氧等氧化劑開展了廣泛而深入的研究，發現這幾種傳統的氧化劑用于土壤修復時存在穩定性低、受土壤條件影響大等諸多弊端，從而在一定程度上限制了這些氧化劑在污染土壤修復中的應用。

高錳酸鉀是一種固體氧化劑，其標準氧化還原電位為+1.68V，在這幾種氧化劑中其氧化性相對較低。高錳酸鉀具有運輸方便、適用pH范圍廣、受碳酸根等離子影響小等優點，但其缺點也較為突出：（1）高錳酸鉀是通過提供氧原子對有機物進行氧化，此過程沒有形成羥基自由基（.OH），從而表現出相對較弱的氧化性能；（2）高錳酸鉀具有較深的紫紅色，添加至土壤后會顯著改變土壤的顏色等外觀指標，感官感受較差。

過氧化氫是一種無色透明液體氧化劑，其標準氧化還原電位為+1.70V，其自身氧化性也相對較低。過氧化氫自身可以對有機物進行氧化反應，同時產生的羥基自由基（+2.70V）具有更強的氧化性。過氧化氫的缺點主要包括：（1）易分解，穩定性低；（2）修復過程中易產生氣體和熱量，無效損耗大；（3）修復時有效時間較短，通常只有幾個小時；（4）要求采取較為嚴格的防護措施。

芬頓試劑是在過氧化氫中加入亞鐵離子，催化過氧化氫產生氧化性較強的羥基自由基，這在一定程度上提高了過氧化氫的氧化能力。為了保持亞鐵離子較強的催化活性，傳統的芬頓反應必須控制pH值在3左右，維持較強的酸性條件。由于具有以上特性，芬頓試劑作為氧化劑主要具有以下缺點：（1）過氧化氫易分解，穩定性低；（2）修復過程中短時間內劇烈反應，易產生氣體釋放劇烈熱量，無效損耗大；（3）修復時有效時間較短，通常只有幾個小時；（4）要求采取較為嚴格的防護措施；（5）由于具有較強酸性，會顯著降低土壤pH值并改變土壤理化性質，若土壤中含有重金屬污染物，pH的降低可能會顯著提高重金屬的遷移性，通常需要再次加入堿性物質調整土壤酸堿性。

臭氧的標準氧化還原電位為+2.07V，氧化性相對較強，同時臭氧氧化過程中可以產生氧化性更強的羥基自由基。但由于臭氧為氣體氧化劑，這給其應用帶來了諸多不利影響：（1）水溶性較低，與土壤的接觸時間較短；（2）有效時間較短，通常只有幾個小時；（3）往往會產生毒性較強的中間產物。

過硫酸鹽由于具有優越的特性且價格低廉而越來越受到關注。過硫酸鹽在水中電離產生過硫酸根離子S₂O₂^-8，其標準氧化還原電位為+2.01V，接近于臭氧，大于高錳酸根和過氧化氫。在適宜的激活條件下，S₂O₂^-8活化分解為硫酸根自由基（SO₄^2-.），其氧化還原電位可達到+2.60V，遠遠高于過硫酸根本身，接近于氧化性極強的羥基自由基，這極大地提高了過硫酸鹽降解有機污染物的能力。因此過硫酸鹽應用時需要先進行激活。