[发明专利]污染的土壤和水的处理

说明书

一种通过化学氧化有机污染物来修复污染的土壤或水的方法，其包括向土壤或水中添加分离或合并的铁盐水溶液和酸的流，并将过氧化氢水溶液和含氧气体注入到土壤或水，使得所述含水流和含氧气体在酸性环境中的土壤或水中相互混合。

技术领域

本申请涉及用于净化被污染的土壤和水(例如，地下水)的化学氧化方法。

背景技术

即使经过数十年的研究，有机化学物质对土壤和地下水的污染仍然是一个重大的世界性问题。土地污染经常由人类活动驱动，如集约化农业不足、建筑工程、工业和军事活动等。最常见的土壤污染物是：多氯烃(PCH)、多环芳烃(PAH)、多氯联苯(PCB)、氯化溶剂、石油产品和制药残留物。持久性有机污染物(POP)，如PAH、PCB、PCH和石油产品对土壤、地下水和沉积物的污染构成了环境问题，因为它们对动物和人类都具有高度的慢性毒性，并且它们会被土壤和沉积物长期吸附。

土壤净化解决方案分为两大类：1)非原位技术，其包括挖掘土壤，然后在现场或远离污染场地的特殊设施中处理挖掘出的土壤，以及土地填埋，和2)原位技术，其包括化学处理，诸如化学氧化、光催化和/或电化学处理。每种方法都有其优点和缺点；需要一种有效的方法，可以很容易地适应非原位、原位和现场操作。

地下水修复可以按照与前一段所述类似的方式进行划分：1)“泵送处理”技术，将水从储地泵送到地上反应器，在此对水进行处理以去除污染物(例如通过化学处理)，然后返回到地下源，以及2)原位技术，其包括将化学氧化剂深压注入(ISCO-原位化学氧化)到地下水。商业实例是RemOX(https://www.carusllc.com/remediation/products/remox-s-isco-reagents#:～:text＝RemOx％C2％AE％20S％2DB％20ISCO％20reagent,fracturing％20into％20low％20permeability％20areas.)。

基于化学氧化的方法可以适用于非原位和原位土壤和地下水修复方法。原位土壤和地下水修复的化学氧化涉及将氧化剂注入土壤(或地下水)以在原位分解污染物。考虑各种氧化剂用于土壤和/或地下水净化，诸如过氧化氢(参见US 5,286,141)、芬顿试剂(在酸性环境中由过氧化氢和亚铁盐的混合物组成，参见例如US 5,286,141)、高锰酸盐(参见US6,315,494)，以及过氧化氢和含水碱金属氢氧化物的组合(参见US 9,956,597)。

发明内容

我们现在发现，可以修改基于将芬顿试剂添加到土壤或水中的土壤和水(例如地下水)修复方法以破坏或至少显著降低碳氢化合物污染物，特别是持久性有机污染物的浓度水平，以分别实现对土壤和水的广泛净化。在常规的芬顿反应中，过氧化氢与亚铁离子按照以下化学方程式(1)反应：

H₂O₂+Fe²⁺→OH·+OH^-+Fe³⁺ (1)

芬顿反应产生的羟基自由基(OH·)是一种非常强的氧化剂，说明芬顿试剂具有分解有机污染物的能力。

为支持本申请而进行的实验工作表明，使空气/氧气通过浸有水性芬顿试剂的污染土壤，或使空气/氧气鼓泡通过添加了芬顿试剂的污染的水样，增强了有机污染物的氧化，显然是由于产生了新的氧化剂种类。不希望受理论束缚，反应机理如图1所示。本申请还可以受益于添加碱，例如在延迟一段时间后添加碱金属氢氧化物，即在芬顿反应进行一段时间之后，然后添加碱和H₂O₂，同时继续注入空气/氧气。

根据本申请的土壤和水(例如，地下水)修复方法从创造芬顿反应的条件开始。即，通过在酸性环境下将过氧化氢添加到亚铁盐水溶液浸泡的土壤中，或添加到添加了亚铁盐和酸的污染的水(例如地下水)中来引发芬顿反应。然而，该反应在对被处理的土壤/地下水通气下进行，即将含氧气流(空气或纯氧)注入土壤/地下水中。有机污染物的氧化反应的非平衡化学方程式如下(CH代表可氧化的有机物质)：