有機污染土壤化學氧化修復技術綜述

范德華 崔雙超 時公玉 姜傳勝（山東省天然氣管道有限責任公司 山東濟南 50000 勝利油田森諾勝利工程有限公司 山東東營 57000）

引言

隨著我國工業化和城市化進程的加快以及農用化學物質種類、數量的增加，國內土壤和地下水污染問題日益嚴重，污染程度不斷加深，由此造成的健康與環境生態問題引起廣泛關注。有機污染場地類型主要包括焦化類場地、農藥類場地、染料類場地、煤制氣類場地及加油站類場地等，主要污染物為苯系物、石油烴、鹵代烴及PAHs等。有機污染土壤修復技術主要包括熱脫附[3-4]、水泥窯焚燒[5-6]、化學氧化[7-8]及生物修復[9]等。

有機污染土壤化學氧化技術是近年來發展起來的較為成熟和成功的修復技術，在國內外有大量成功的工程應用案例，是一種高效且成本適中的污染土壤和地下水修復技術。

1 土壤中有機污染種類和來源

土壤中的有機污染物可分為揮發性有機污染物和半揮發性有機污染物兩類。常見的揮發性有機污染物有汽油、苯、甲苯及二甲苯等，有機磷農藥、有機氯農藥、石油烴、多環芳烴及多氯聯苯等都是土壤中常見的半揮發性有機污染物。

2 化學氧化藥劑

有機污染土壤化學氧化技術是指向污染土壤添加氧化劑，通過氧化作用，使土壤中的污染物達到修復目標值的過程。常用的化學氧化藥劑包括高錳酸鉀、芬頓試劑、臭氧以及過硫酸鹽等[10]。

高錳酸鉀主要通過直接氧化的方式降解有機污染污染物，其氧化還原電位為1.70V，反應受pH影響較小，作為固體，它的運輸和存儲較為方便，而且它在水中的溶解度高，可通過水溶液的形式導入土壤的受污染區，適宜的濃度一般為0.1%～2%，通常不超過4%[11]。

芬頓試劑是在過氧化氫的基礎上發展而成的一種更為有效的氧化劑。它主要是通過亞鐵離子與過氧化氫反應生成氫氧自由基來降解有機污染物的。氫氧自由基的氧化還原電位為2.8V，氧化能力強，且適用范圍廣。隨著芬頓試劑的不斷深化研究，人們又陸續研發出改性芬頓試劑，配體芬頓試劑、光芬頓試劑及電芬頓試劑等[12]，不斷深化芬頓試劑的降解效果。

臭氧[13]的氧化還原電位為2.07V，氧化效率高，適用范圍廣，是一種強氧化劑。氣態的臭氧易于在土壤和地下水中進行輸送，其擴散速率比一般液態氧化劑的擴散速率要大。臭氧分解產生的氧氣有利于有機污染物的微生物降解，因此可以與生物通風等技術結合應用來修復污染場地。

過硫酸鹽[14]是近年來在土壤修復中應用越來越廣泛的修復藥劑，其在水中電離產生過硫酸根離子S2O82-，其標準氧化還原電位為2.01V（相對于標準氫電極），接近于臭氧（2.07V），其分子中含有過氧基O-O，是氧化性較強的氧化劑。在催化條件下，S2O82-可活化分解為SO4-，SO4-中含有一個孤對電子，其標準氧化還原電位為2.5V～2.60V，遠高于S2O82-（2.01V），接近于羥基自由基（E0=+2.80 V），從而對有機污染物有很強的降解能力。

表1 土壤修復常用化學氧化藥劑

3 有機污染土壤化學氧化修復技術

污染土壤修復技術包括原位修復技術和異位修復技術，其中原位修復不移動受污染的土壤或地下水，直接在場地發生污染的位置對其進行原地修復或處理。異位修復是將受污染的土壤或地下水從場地發生污染的原來位置挖掘或抽提出來，搬運或轉移到其他場所或位置進行治理修復。

3.1 原位化學氧化技術

原位化學氧化修復技術（In Situ Chemical Oxidation,ISCO）是一種常用的處理場地污染物的方法，是目前發展最迅速的地下修復技術。原位化學氧化技術不需要挖出或移出污染土壤和地下水，基本不破壞地層結構，保持地基承載力、施工簡單及修復成本相對較低。同時，原位修復施工過程中不進行清挖、裝載及外運污染土施工，污染物暴露面積小，更好的保證了施工人員人身安全及身體健康。目前，在工程實施中，原位化學氧化技術按藥劑注入方式主要包含原位淺層攪拌化學氧化技術、原位注入井化學氧化技術、原位直壓式高壓注射技術和原位高壓旋噴化學氧化技術等四種。

3.1.1 原位淺層攪拌化學氧化

（1）適用范圍

①適用于非飽和層和飽和層淺層（3m以內）有機污染土壤。②適用于苯系物、硝基苯、氯苯及酚類等可以被氧化的有機污染土壤。③適用于不便于異位清挖需原位處置的污染土壤。

（2）藥劑投加方式及設備

淺層攪拌[15-16]化學氧化藥劑投加方式分為粉末狀藥劑投加和液體狀藥劑投加兩種方式，粉末狀藥劑投加一般應用于飽和層污染區，液體藥劑投加一般應用于非飽和層污染區（亦可應用于飽和層污染區）。

3.1.2 原位注入井化學氧化

（1）適用范圍

①滲透系數較高的飽和砂性污染土壤場地，不適合粘土質污染場地及非飽和層污染場地。②可應用于苯系物、硝基苯、氯苯及酚類等可以被氧化的有機污染土壤。③適用于不便破壞地上建筑物、工作空間較為狹小、需要保持地層結構和地基承載力等污染場地。

（2）藥劑注射方式及設備

一般的，原位注入井化學氧化[17]工藝系統由四個部分組成：①動力源系統。②溶配藥系統。③原位注入系統。④注入井系統。四個系統相互關系如下，動力源系統給耗能設備（包括加藥泵、注入泵及攪拌器）提供動力源；溶配藥系統配制一定配比的化學氧化混合藥劑；原位注入系統由注入泵以一定壓力和流量把配置好的藥劑輸送到注入井，注入井系統通過篩管將氧化藥劑擴散到目標污染區域內。

3.1.3 原位直壓式化學氧化

（1）適用范圍

原位直壓式[18]化學氧化適用范圍較廣，除了可適用于原位注入井化學氧化適用的范圍外，原位直壓式化學氧化還適用于砂土、粉土、粘土等一切飽和層和非飽和層污染土壤和地下水修復。

（2）藥劑注射方式及設備

藥劑注射系統包含鉆進系統、溶配藥系統和注入系統三個部分組成，鉆進系統提供液壓動力將鉆桿壓入到預定深度。注入系統提供高壓脈沖，使藥劑從鉆桿前端的注射孔注入到地層中，并克服阻力充分擴散，達到預期的分散效果。

3.1.4 原位高壓旋噴化學氧化

（1）適用范圍

原位高壓旋噴化學氧化適用范圍較廣，除了可適用于原位注入井化學氧化適用的范圍外，原位高壓旋噴化學氧化還適用于砂土、粉土、粘土等一切飽和層和非飽和層污染土壤和地下水修復。

（2）藥劑注射方式及設備

高壓-旋噴注射法[19]是在高壓旋噴樁的基礎上發展起來的一種氧化劑投加方法，根據噴射方法的不同，高壓-旋噴注射法可分為單管法、二重管法和三重管法。單管法僅注射氧化劑，影響半徑較小。二重管法在注射氧化劑的同時注射高壓空氣，可沖擊破壞土體，加速氧化劑的擴散并加大氧化劑的作用范圍，采用三重管法可使氧化劑的影響半徑達到最大。

3.2 異位化學氧化技術

（1）適用范圍

①適用于一切可以清挖異位修復的污染土壤。②可應用于苯系物、硝基苯、氯苯及酚類等可以被氧化的有機污染土壤。

（2）藥劑投加方式及設備

異位化學氧化藥劑投加方式有粉末和液體兩種方式，異位修復的主要過程主要包括污染的土壤預處理和污染土壤和藥劑混合。污染土壤預處理是對開挖出的污染土壤進行破碎、篩分或添加土壤改良劑等，預處理的設備包括破碎篩分鏟斗、挖掘機、土壤改良機等。污染土壤和藥劑混合設備包括行走式土壤改良機、雙軸攪拌機[20]及挖掘機等。

結語

污染土壤化學氧化的技術實施需依據現場水文地質條件、污染物、污染濃度以及污染范圍和深度，綜合考慮技術的可行性、工程的可實施性以及經濟性，選取合理適宜的修復技術。有機土壤修復工作是一項長期的系統工程，在科學研發和工程實踐中，一定能探索出一套有機污染土壤化學氧化新的思路和方法。