污染场地土壤与地下水高级氧化技术修复原理及应用

陈梦舫，博士，中国科学院南京土壤研究所研究员、博

士生导师，现任国家重点研发计划首席科学家，江苏省污染

场地土壤与地下水修复工程实验室主任，中国土壤学会土壤

修复专委会顾问，江苏省环境科学学会土壤与地下水修复专

委会主任。曾任2012年英国伦敦奥运会地下水污染修复顾

问、欧盟第七框架地下水修复专项国际顾问。

主要从事工业场地土壤与地下水污染风险管控技术、绿

色高效环境修复功能材料、矿山地下水污染过程及生态修复

技术等研究，构建了基于风险的污染迁移与暴露耦合评价体系，自主开发的场地

健康与环境风险评估系列软件(HERA）已成为我国场地污染风险管控的重要工

具：研发了零价铁、生物质炭、过硫酸、黏十物等名种新型环境复合功能材

料，形成了绿色高效还原、高活性自由基调控高级氧化等修复技术体系，建成了

国际上首个新型纳米零价铁复合材料原位地下水化学反应屏障等3个地下水污染

修复示范工程：通过技术培训，为国家培养土壤污染风险管控技术人员近4500名，

研究成果入选国家“十三五”科技创新成就展。

主持国家重点研发计划、国家自然科学基金面上项目、中欧国际合作等20项

课题；授权国家发明专利8项；发表著作6部；在Chemical Engineering Journal、

Journal of Hazardous Materials等期刊发表SCI 论文80 余篇（其中6篇入选ES1

高被引论文)，发表中文核心期刊论文40余篇：获环境保护科学技术奖、中国土

壤学会科学技术奖二等奖两项，为我国工矿场地土壤与地下水污染综合治理与安

全开发利用提供了系统解决方案。

张文影，博土，中国科学院南京土壤研究所特别研究助

理，主要从事场地地下水污染修复技术和绿色高效修复功能

材料研发等方向的研究；主持江苏省卓越博士后计划项目1

项，参与国家重点研发计划土壤专项、科技部863项目、

国家自然科学基金面上项目和国家自然科学基金青年项目

等科研项目；近五年以第一作者在 Chemical Engineering

Journal、Journal of Hazardous Materials、Chemosphere等期

刊发表SCI论文4篇（其中1篇入选ESI高被引论文）。

参与编写“污染场地风险管控与修复丛书”中《地下水可渗透反应墙修复技术原

理、设计及应用》《污染场地地下水纳米零价铁技术：修复原理、设计及应用》《污

染场地土壤与地下水风险评估方法学》及本书4部。

韩璐，博士，中国科学院南京土壤研究所助理研究员，

主要从事场地地下水污染修复机理和场地风险评估等方面研

究：主持国家自然科学青年基金项目和国家重点研发计划土

壤专项子课题各1项，作为项目骨干参与了科技部863项目

和国家重点研发计划纳米科技专项等科研项目，承担了《污

染场地健康与水环境风险评估软件（HERA)》、《基于互联网

的污染场地土壤与地下水风险评估软件（HERA”)》、《污染

场地土壤与地下水风险管控系统（HERA-3D)》和《纳米材

料迁移和风险评估软件》的研发工作：以第一通信作者发表中英文论文17篇，

合作“污染场地风险管控与修复丛书”3部，获中国土壤学会和中国科学院土壤

研究所科学技术奖二等奖。

丛书序

序

前言

第1 章 绪论 1

1.1 高级氧化技术概述 1

1.2 高级氧化技术原理 2

1.3 高级氧化技术研究进展 3

1.3.1 Fenton 试剂氧化法 3

1.3.2 臭氧氧化法 4

1.3.3 电化学催化氧化法 4

1.3.4 湿式氧化技术 5

1.3.5 超临界水氧化技术 6

1.3.6 光催化氧化技术 7

1.3.7 超声波氧化法 8

1.3.8 过硫酸盐氧化技术 8

1.4 高级氧化技术场地应用概况 9

参考文献 13

第2 章 高级氧化技术修复机理 16

2.1 高级氧化技术分类 16

2.1.1 基于过氧化物的高级氧化技术 16

2.1.2 基于过硫酸盐的高级氧化技术 18

2.1.3 基于臭氧的高级氧化技术 19

2.2 高级氧化技术活化体系 21

2.2.1 活性氧物质种类 21

2.2.2 活性氧物质定性与定量方法 22

2.2.3 基于过氧化物的活化体系 26

2.2.4 基于过硫酸盐的活化体系 37

2.2.5 基于臭氧的活化体系 51

2.3 高级氧化技术去除污染物机理 59

2.3.1 有机污染物去除机理 59

2.3.2 其他污染物去除机理 73

2.4 小结 74

参考文献 74

第3 章 高级氧化技术体系系统设计 84

3.1 场地概念模型及场地特征分析 84

3.1.1 场地概念模型的关键要素 84

3.1.2 场地特征分析 85

3.2 原位高级氧化技术系统设计流程 90

3.2.1 原位化学氧化可行性评估阶段 90

3.2.2 试验阶段 92

3.2.3 场地全面修复阶段 94

3.3 异位高级氧化技术系统设计 96

3.3.1 异位化学氧化技术系统构成和主要设备 96

3.3.2 异位化学氧化技术的关键参数和指标 97

3.3.3 异位化学氧化技术的实施 97

3.4 高级氧化技术实验参数获取 99

3.4.1 原位氧化技术应用中的常见氧化剂 99

3.4.2 实验室小试 102

3.4.3 场地中试 103

3.4.4 氧化剂浓度和体积估算 104

3.5 高级氧化技术体系设计的安全和健康要求 106

3.5.1 高级氧化修复技术的安全设计要求 107

3.5.2 氧化剂存储和使用的安全与健康要求 107

3.5.3 热动力学方面的安全与健康要求 107

3.6 小结 108

参考文献 109

第4 章 高级氧化技术应用及施工工艺 110

4.1 高级氧化技术的应用 110

4.1.1 原位高级化学氧化技术的应用 110

4.1.2 异位高级化学氧化技术的应用 111

4.2 高级氧化技术施工设计 112

4.3 高级氧化技术施工工艺 114

4.3.1 原位高级氧化施工工艺 114

4.3.2 异位高级氧化施工工艺 123

4.4 高级氧化技术施工案例 125

4.4.1 美国安纳尼斯顿陆军仓库 125

4.4.2 美国科罗拉多州丹佛前标牌制造厂 126

4.4.3 美国马萨诸塞州弗雷明汉前新闻出版机构 126

4.4.4 中国北方某化工厂污染场地 127

4.4.5 中国南方某化工企业仓库遗留场地 127

4.4.6 中国北方某苯酚污染场地 128

4.5 小结 130

参考文献 130

第5 章 高级氧化技术监测及评价 132

5.1 过程监测 133

5.1.1 过程监测方案的设计 133

5.1.2 过程监测的实施 135

5.1.3 过程监测反馈 135

5.2 性能监测 136

5.2.1 场地基本条件 137

5.2.2 关注污染物和降解产物 138

5.2.3 金属物质溶解和迁移 139

5.3 监测技术及评价指标 139

5.3.1 高锰酸钾 141

5.3.2 过硫酸钠 141

5.3.3 过氧化氢 141

5.3.4 臭氧 142

5.4 监测及评价案例分析 143

5.4.1 中国北方某退役化学试剂厂氯代烃污染场地中试 143

5.4.2 中国南方某多环芳烃污染地块修复工程 144

5.4.3 中国南方某水泥厂地块总石油烃污染修复工程 145

5.4.4 美国弗吉尼亚州阿勒格尼弹道实验室场地中试 146

参考文献 148

第6 章 高级氧化技术案例分析 150

6.1 天津某退役化工厂氯苯污染地块 150

6.1.1 场地概况 150

6.1.2 生产历史 151

6.1.3 水文地质调查 151

6.1.4 施工设计及监测评估 151

6.1.5 小结 158

6.2 上海某钢材剪切厂遗留场地 158

6.2.1 场地概况 158

6.2.2 生产历史 159

6.2.3 水文地质调查及风险评估 159

6.2.4 施工设计及监测评估 160

6.2.5 小结 163

6.3 江苏某化工企业石油烃污染地块 163

6.3.1 场地概况 163

6.3.2 生产历史 164

6.3.3 水文地质调查 164

6.3.4 施工设计及监测评估 165

6.3.5 小结 168

6.4 天津某地石油烃污染土壤地块 168

6.4.1 场地概况 168

6.4.2 生产历史 168

6.4.3 水文地质调查 168

6.4.4 施工设计及监测评估 169

6.4.5 小结 173

6.5 J 省N 市原某化工厂石油烃污染地下水地块 173

6.5.1 场地概况 173

6.5.2 生产历史 173

6.5.3 水文地质调查 173

6.5.4 施工设计及监测评估 174

6.5.5 小结 178

参考文献 178

第7 章 结语 179

附录 中英文术语缩写词对照 182

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《污染场地土壤与地下水高级氧化技术修复原理及应用》对污染场地土壤与地下水高级氧化技术修复原理及应用进行了系统总结，内容涵盖高级氧化技术研究概况和在场地污染土壤及地下水修复应用中的发展现状、修复机理、技术系统设计、施工工艺、性能监测、效果评估、维护等方面，并参考若干国内外工程案例，对高级氧化技术在污染场地土壤和地下水修复中的应用情况进行系统分析，以期为我国污染场地高级氧化技术应用实践提供参考。