污染場地土壤與地下水高級氧化技術修復原理及應用 9787030748829 陳夢舫 張文影 韓璐著

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適讀人群 ：《污染場地土壤與地下水高級氧化技術修複原理及應用》可作為環境類專業的研究生或本科生、環境管理者學習或研究高級氧化技術修複原理及應用的專業人員的參考書籍，也可以供污染場地土壤與地下水修復技術人員等環境修復從業者參考使用。
總結了編寫團隊多年來在場地污染風險管控與修復理論與技術的研究成果和實踐經驗，形成系列場地可複製、可推廣的系統解決方案和工程案例

內容簡介
《污染場地土壤與地下水高級氧化技術修複原理及應用》對污染場地土壤與地下水高級氧化技術修複原理及應用進行了系統總結，內容涵蓋高級氧化技術研究概況和在場地污染土壤及地下水修復應用中的發展現狀、修復機理、技術系統設計、施工工藝、性能監測、效果評估、維護等方面，並參考若干國內外工程案例，對高級氧化技術在污染場地土壤和地下水修復中的應用情況進行系統分析，以期為我國污染場地高級氧化技術應用實踐提供參考。

精彩書評
總結了編寫團隊多年來在場地污染風險管控與修復理論與技術的研究成果和實踐經驗，形成系列場地可複製、可推廣的系統解決方案和工程案例

目錄

目錄
叢書序
序
前言
第1 章 緒論 1
1 1 高級氧化技術概述 1
1 2 高級氧化技術原理 2
1 3 高級氧化技術研究進展 3
1 3 1 Fenton 試劑氧化法 3
1 3 2 臭氧氧化法 4
1 3 3 電化學催化氧化法 4
1 3 4 濕式氧化技術 5
1 3 5 超臨界水氧化技術 6
1 3 6 光催化氧化技術 7
1 3 7 超聲波氧化法 8
1 3 8 過硫酸鹽氧化技術 8
1 4 高級氧化技術場地應用概況 9
參考文獻 13
第2 章 高級氧化技術修復機理 16
2 1 高級氧化技術分類 16
2 1 1 基於過氧化物的高級氧化技術 16
2 1 2 基於過硫酸鹽的高級氧化技術 18
2 1 3 基於臭氧的高級氧化技術 19
2 2 高級氧化技術活化體系 21
2 2 1 活性氧物質種類 21
2 2 2 活性氧物質定性與定量方法 22
2 2 3 基於過氧化物的活化體系 26
2 2 4 基於過硫酸鹽的活化體系 37
2 2 5 基於臭氧的活化體系 51
2 3 高級氧化技術去除污染物機理 59
2 3 1 有機污染物去除機理 59
2 3 2 其他污染物去除機理 73
2 4 小結 74
參考文獻 74
第3 章 高級氧化技術體繫系統設計 84
3 1 場地概念模型及場地特徵分析 84
3 1 1 場地概念模型的關鍵要素 84
3 1 2 場地特徵分析 85
3 2 原位高級氧化技術系統設計流程 90
3 2 1 原位化學氧化可行性評估階段 90
3 2 2 試驗階段 92
3 2 3 場地全面修復階段 94
3 3 異位高級氧化技術系統設計 96
3 3 1 異位化學氧化技術系統構成和主要設備 96
3 3 2 異位化學氧化技術的關鍵參數和指標 97
3 3 3 異位化學氧化技術的實施 97
3 4 高級氧化技術實驗參數獲取 99
3 4 1 原位氧化技術應用中的常見氧化劑 99
3 4 2 實驗室小試 102
3 4 3 場地中試 103
3 4 4 氧化劑濃度和體積估算 104
3 5 高級氧化技術體系設計的安全和健康要求 106
3 5 1 高級氧化修復技術的安全設計要求 107
3 5 2 氧化劑存儲和使用的安全與健康要求 107
3 5 3 熱動力學方面的安全與健康要求 107
3 6 小結 108
參考文獻 109
第4 章 高級氧化技術應用及施工工藝 110
4 1 高級氧化技術的應用 110
4 1 1 原位高級化學氧化技術的應用 110
4 1 2 異位高級化學氧化技術的應用 111
4 2 高級氧化技術施工設計 112
4 3 高級氧化技術施工工藝 114
4 3 1 原位高級氧化施工工藝 114
4 3 2 異位高級氧化施工工藝 123
4 4 高級氧化技術施工案例 125
4 4 1 美國安納尼斯頓陸軍倉庫 125
4 4 2 美國科羅拉多州丹佛前標牌製造廠 126
4 4 3 美國馬薩諸塞州弗雷明漢前新聞出版機構 126
4 4 4 中國北方某化工廠污染場地 127
4 4 5 中國南方某化工企業倉庫遺留場地 127
4 4 6 中國北方某苯酚污染場地 128
4 5 小結 130
參考文獻 130
第5 章 高級氧化技術監測及評價 132
5 1 過程監測 133
5 1 1 過程監測方案的設計 133
5 1 2 過程監測的實施 135
5 1 3 過程監測反饋 135
5 2 性能監測 136
5 2 1 場地基本條件 137
5 2 2 關注污染物和降解產物 138
5 2 3 金屬物質溶解和遷移 139
5 3 監測技術及評價指標 139
5 3 1 高錳酸鉀 141
5 3 2 過硫酸鈉 141
5 3 3 過氧化氫 141
5 3 4 臭氧 142
5 4 監測及評價案例分析 143
5 4 1 中國北方某退役化學試劑廠氯代烴污染場地中試 143
5 4 2 中國南方某多環芳烴污染地塊修復工程 144
5 4 3 中國南方某水泥廠地塊總石油烴污染修復工程 145
5 4 4 美國弗吉尼亞州阿勒格尼彈道實驗室場地中試 146
參考文獻 148
第6 章 高級氧化技術案例分析 150
6 1 天津某退役化工廠氯苯污染地塊 150
6 1 1 場地概況 150
6 1 2 生產歷史 151
6 1 3 水文地質調查 151
6 1 4 施工設計及監測評估 151
6 1 5 小結 158
6 2 上海某鋼材剪切廠遺留場地 158
6 2 1 場地概況 158
6 2 2 生產歷史 159
6 2 3 水文地質調查及風險評估 159
6 2 4 施工設計及監測評估 160
6 2 5 小結 163
6 3 江蘇某化工企業石油烴污染地塊 163
6 3 1 場地概況 163
6 3 2 生產歷史 164
6 3 3 水文地質調查 164
6 3 4 施工設計及監測評估 165
6 3 5 小結 168
6 4 天津某地石油烴污染土壤地塊 168
6 4 1 場地概況 168
6 4 2 生產歷史 168
6 4 3 水文地質調查 168
6 4 4 施工設計及監測評估 169
6 4 5 小結 173
6 5 J 省N 市原某化工廠石油烴污染地下水地塊 173
6 5 1 場地概況 173
6 5 2 生產歷史 173
6 5 3 水文地質調查 173
6 5 4 施工設計及監測評估 174
6 5 5 小結 178
參考文獻 178
第7 章 結語 179
附錄 中英文術語縮寫詞對照 182

精彩書摘
第1章緒論
1 1 高級氧化技術概述
高級氧化技術( advanced oxidation technologies，AOTs)的概念是由 Glaze等於 1987年提出的( Glaze et al ， 1987)。它利用強氧化性的自由基[如羥基自由基 ( OH)，E0=2 80 V]進攻水相或土壤中的有機污染物，將大分子有機物氧化降解為低毒或無毒的小分子物質，使其逐級降解甚至直接礦化。高級氧化技術泛指反應過程有大量自由基參与的化學氧化技術。其基礎在於運用催化劑、輻射，有時還與氧化劑結合，在反應中產生活性極強的自由基，再通過自由基與污染物之間的加合、取代、電子轉移等使污染物全部或接近全部礦質化。
高級氧化技術以 OH的提出為標誌， OH反應是高級氧化反應的根本特點。
OH一旦形成，會誘發一系列的自由基鏈反應，攻擊水體中的各種有機污染物，直至降解為二氧化碳、水和其他礦物鹽。隨著高級氧化技術的發展，其定義有了新的內涵。除了 OH，其他活性極強的自由基及非自由基等都可以與難降解的有機物發生反應，因此，將產生這些活性自由基和非自由基的技術都歸屬於高級氧化技術。
目前，在有機污染物的降解領域研究較為活躍的是基於 OH氧化體系的高級氧化技術。與傳統的氧化方法相比， OH氧化體系具有以下特點：?氧化能力強，理論上能有效去除多種污染物；?可實現有機污染物的逐級降解甚至完全礦化為 CO2和 H2O，無二次污染；? OH通過與有機物進行氫的加成或取代反應實現其降解，反應速度快，氧化速率常數可達 106∼109 L/(mol s)；?產生 OH的途徑很多，可操作性和可控性強。
雖然基於活化 H2O2的芬頓(Fenton)及類 Fenton體系產生的 OH能夠實現有機污染物的快速降解，但在修復有機污染土壤和地下水的實際應用中，採用 OH降解有機污染物仍存在以下兩個問題：? OH存在時間短，水溶液中其壽命小於 1 μs，不能有效遷移到污染物表面與之充分接觸，導致 OH的利用率不高； ? OH通過羥基的加成與取代進攻有機污染物，對某些具有特殊結構的有機污染物不能形成有效降解。例如， Hori等(2005)研究表明 Fenton體系所產生的 OH不能有效降解全氟羧酸。基於以上 OH的缺點，人們提出利用硫酸根自由基( SO 4 )高級氧化技術降解有機污染物。
產生 SO4 的氧化劑有過二硫酸鹽( S2O28)和過一硫酸鹽(HSO5)。與 H2O2相似，上述兩種氧化劑分子中含有過氧基— O—O—，可在外加能量或過渡金屬離子的活化作用下斷裂分子中— O—O—鍵產生 SO4 。以過硫酸鹽為氧化劑產生 SO4的氧化體系主要包括熱 /S2O28 、UV/S2O28 、Fe2+/S2O28 等；而 Co2+對 HSO5的活化效果最好，因此， Co2+/HSO5、Co3O4/HSO5及 CoFeO3/HSO5等體系在環境修復中的應用較多(Rastogi et al ， 2009; Yang et al ， 2008)。過一硫酸鹽在水中電離產生 H+，導致其水溶液酸性較強；活化反應過後，溶液的酸性會進一步增強。因此，基於活化水溶液呈中性、價格相對低廉的過二硫酸鹽產生 的高級氧化技術在環境修復中更具應用潛力。
1 2 高級氧化技術原理
AOTs起源於Fenton反應，相比於一般的化學氧化，其優勢在於產生的 OH氧化還原電位(ORP)遠高於普通氧化劑，能夠降解環境中絕大多數的有機污染物質。隨著研究的不斷深入，研究者認為利用強氧化活性物質達到去除污染物目的的過程均為高級氧化過程。其中的強氧化活性物質主要包含、、氯自由基()、超氧自由基( )、氫過氧自由基( )等自由基物質，以及單線態氧 221O()、過氧化物等非自由基物質。研究表明，這些物質具有較高的氧化還原電位2和較快的反應速率，能較大程度實現污染修復中有機污染物的礦化。其中，又以為代表的活性氧(reactive oxygen species， ROS)物質具有最大的反應活性。中主要活性物質的標準電位見表1-1 。
表 1-1 AOTs中主要活性物質的標準電位
活性自由基一般通過化學氧化法、電化學氧化法、濕式氧化法(濕式空氣氧化法/濕式空氣催化氧化法)、超臨界水氧化法、光催化氧化法、超聲波氧化法和過硫酸鹽氧化法等產生。產生的自由基會通過氫抽提反應、加成反應、電子轉移、氧化分解等過程，經歷鏈的引發、鏈的傳遞、鏈的終止這三個自由基反應階段實現有機污染物的降解。
OH的電子親和能為 569 3 kJ，容易進攻高電子云密度點，這也決定了羥基自由基的進攻具有一定的選擇性。例如，對於酚類的 C—H 鍵的進攻，α位置 H和 β位置 H的活性順序為 Primary＜Secondary＜Tertiary， OH比烷基具有更強的供電子能力，因此， OH降解酚類化合物時更易進攻 α位置 H。 OH對有機污染物的氧化作用可分為如下三種反應進行。
有一個孤對電子，得電子能力強，具有較高氧化能力，理論上可以將大多數有機污染物氧化為小分子有機酸，並最終礦化為 CO2和 H2O。SO 4 通過以下三種方式降解有機物污染物：?與芳香類化合物發生電子轉移反應；?與醇類、烷烴、醚及脂類化合物則多是發生氫提取反應；?與不飽和烯烴類化合物主要是發生加成反應。三種方式如下所示：
是親電子基團，當有機物中存在供電子基團時，比如氨基(— NH2)、羥基