[实用新型]过硫酸盐热蒸汽激活高级氧化异位修复污染土壤的模拟试验装置

说明书

技术领域

本实用新型属于污染土壤修复技术领域，具体涉及一种过硫酸盐热蒸汽激活高级氧化异位修复污染土壤的模拟试验装置。

背景技术

随着城市化和产业转移进程的加快，我国城市工业企业搬迁或遗留的污染场地数量与日俱增。初步估计，我国各类工业污染场地至少以数十万计。城市污染场地已成为我国许多大中城市土地资源安全再利用的限制因素。场地污染土壤修复的研究和实践已成为我国环境治理领域的重要内容。

据估计，在城市污染场地中潜在的挥发性有机物（VOCs）和半挥发性有机物（SVOCs）污染场地占到一半左右。如何合理有效地处置挥发/半挥发性有机物污染土壤已成为亟需解决的技术难题。

按土壤修复位置的不同，可以将土壤修复技术分为原位和异位两种，前者不需将土壤挖掘出来而在原地进行污染土壤的修复。上海的土壤类型主要为渍潜型和淋溶-淀积型的水成和半水成土，绝大部分地区土壤的粘粒含量高于16.35%，质地较为粘重，渗透系数一般低于10^-5cm/s，因此原位土壤修复技术的应用受到限制。

异位高级氧化修复技术是重要的有机污染土壤修复技术，具有修复效率高、时间短、成本低、对污染物类型和浓度不敏感等优点，自20世纪90年代以来，该技术开始应用于有机污染场地的修复。国内外研究人员对高锰酸盐、过氧化氢、芬顿试剂和臭氧等氧化剂开展了广泛而深入的研究，发现这几种传统的氧化剂用于土壤修复时存在稳定性低、受土壤条件影响大等诸多弊端，从而在一定程度上限制了这些氧化剂在污染土壤修复中的应用。

高锰酸钾是一种固体氧化剂，其标准氧化还原电位为+1.68V，在这几种氧化剂中其氧化性相对较低。高锰酸钾具有运输方便、适用pH范围广、受碳酸根等离子影响小等优点，但其缺点也较为突出：（1）高锰酸钾是通过提供氧原子对有机物进行氧化，此过程没有形成羟基自由基（.OH），从而表现出相对较弱的氧化性能；（2）高锰酸钾具有较深的紫红色，添加至土壤后会显著改变土壤的颜色等外观指标，感官感受较差。

过氧化氢是一种无色透明液体氧化剂，其标准氧化还原电位为+1.70V，其自身氧化性也相对较低。过氧化氢自身可以对有机物进行氧化反应，同时产生的羟基自由基（+2.70V）具有更强的氧化性。过氧化氢的缺点主要包括：（1）易分解，稳定性低；（2）修复过程中易产生气体和热量，无效损耗大；（3）修复时有效时间较短，通常只有几个小时；（4）要求采取较为严格的防护措施。

芬顿试剂是在过氧化氢中加入亚铁离子，催化过氧化氢产生氧化性较强的羟基自由基，这在一定程度上提高了过氧化氢的氧化能力。为了保持亚铁离子较强的催化活性，传统的芬顿反应必须控制pH值在3左右，维持较强的酸性条件。由于具有以上特性，芬顿试剂作为氧化剂主要具有以下缺点：（1）过氧化氢易分解，稳定性低；（2）修复过程中短时间内剧烈反应，易产生气体释放剧烈热量，无效损耗大；（3）修复时有效时间较短，通常只有几个小时；（4）要求采取较为严格的防护措施；（5）由于具有较强酸性，会显著降低土壤pH值并改变土壤理化性质，若土壤中含有重金属污染物，pH的降低可能会显著提高重金属的迁移性，通常需要再次加入碱性物质调整土壤酸碱性。

臭氧的标准氧化还原电位为+2.07V，氧化性相对较强，同时臭氧氧化过程中可以产生氧化性更强的羟基自由基。但由于臭氧为气体氧化剂，这给其应用带来了诸多不利影响：（1）水溶性较低，与土壤的接触时间较短；（2）有效时间较短，通常只有几个小时；（3）往往会产生毒性较强的中间产物。

过硫酸盐由于具有优越的特性且价格低廉而越来越受到关注。过硫酸盐在水中电离产生过硫酸根离子S₂O₂^-8，其标准氧化还原电位为+2.01V，接近于臭氧，大于高锰酸根和过氧化氢。在适宜的激活条件下，S₂O₂^-8活化分解为硫酸根自由基（SO₄^2-.），其氧化还原电位可达到+2.60V，远远高于过硫酸根本身，接近于氧化性极强的羟基自由基，这极大地提高了过硫酸盐降解有机污染物的能力。因此过硫酸盐应用时需要先进行激活。