Химическое окисление in situ - In situ chemical oxidation

Химическое окисление in situ (ISCO), форма усовершенствованный процесс окисления, является восстановление окружающей среды техника, используемая для почвы и / или восстановление грунтовых вод снизить концентрацию целевых загрязнителей окружающей среды до приемлемого уровня. ISCO достигается путем введения или иного введения сильных химические окислители непосредственно в загрязненную среду (почву или грунтовые воды) для уничтожения химических загрязнителей на месте. Его можно использовать для восстановления различных органических соединений, включая те, которые устойчивы к естественному разложению.

Химическое окисление составляет половину редокс реакция, которая приводит к потере электронов. Один из реагентов в реакции окисляется или теряет электроны, в то время как другой реагент восстанавливается или приобретает электроны. В ISCO окисляющие соединения, соединения, которые отдают электроны другим соединениям в реакции, используются для преобразования загрязнителей в безвредные соединения.[1] В на месте в ISCO это просто латинское слово «на месте», означающее, что ISCO - это химическая реакция окисления, которая происходит на месте загрязнения.

Восстановление некоторых органических веществ, таких как хлорированные растворители (трихлорэтен и тетрахлорэтен ) и родственные бензину соединения (бензол, толуол, этилбензол, МТБЭ, и ксилолы ) ISCO возможно. Некоторые другие загрязнители можно сделать менее токсичными с помощью химических веществ. окисление.[2]

Широкий спектр загрязнителей грунтовых вод реагирует умеренно или сильно с методом ISCO, и ISCO также может использоваться в различных ситуациях (например, ненасыщенный или насыщенный грунт, над землей или под землей и т. Д.), Поэтому он является популярным. метод использования.[3]

История

Реагент Фентона (перекись водорода, катализируемая железом) и перманганат калия - это окислители, которые использовались дольше всего, а теперь используются наиболее широко. Системы использования перекиси водорода были основаны на работе H.J.H. Фентон, который использовал соли железа для катализа соединения. Впервые перекись водорода была использована в 1985 году для обработки разливов формальдегида на заводе Monsanto Indian Orchard Plant в Спрингфилде, штат Массачусетс. На этом участке в камеру был введен 10% раствор перекиси водорода. формальдегид шлейф. Реагент Фентона первоначально использовался для обработки углеводородных участков, где присутствовали бензол, толуол и этилбензол.[4]

По мере того как промышленность сместила акцент на восстановление хлорированных растворителей, перекись водорода оказалась эффективной как в углеводородной, так и в хлорированной промышленности. Ученые также обнаружили, что перманганат можно использовать в хлорированных растворителях. ISCO на основе перманганата начали использовать в конце 1990-х годов. В то время ISCO также стала признанной технологией восстановления.[4]

Разработка персульфата натрия для ISCO началась в конце 1990-х годов из-за ограничений в использовании пероксида или перманганата в качестве окислителей. У перекиси такой короткий срок службы, что ее нельзя правильно транспортировать. Перманганат обрабатывает только хлорированные растворители с двойными связями и легко усваивается органическими веществами в почве. Персульфат более стабилен, обрабатывает более широкий спектр загрязняющих веществ и не так легко усваивается органическими веществами почвы.[4]

Агенты окисления

Обычными окислителями, используемыми в этом процессе, являются перманганат (оба перманганат натрия и перманганат калия ), Реагент Фентона, персульфат, и озон. Могут использоваться и другие окислители, но чаще всего используются эти четыре.

Перманганат

Перманганат используется для восстановления грунтовых вод в виде перманганат калия (KMnO
4) и перманганат натрия (NaMnO
4). Оба соединения обладают одинаковыми окислительными способностями и ограничениями и одинаково реагируют с загрязнителями. Самая большая разница между двумя химическими веществами состоит в том, что перманганат калия менее растворим, чем перманганат натрия.[5]

Перманганат калия представляет собой твердое кристаллическое вещество, которое обычно растворяется в воде перед нанесением на загрязненный участок.[3] К сожалению, растворимость перманганата калия зависит от температуры. Поскольку температура в водоносном горизонте обычно ниже, чем температура в зоне смешивания раствора, перманганат калия снова становится твердым материалом. Тогда этот твердый материал не вступает в реакцию с загрязнениями. Со временем перманганат снова станет растворимым, но процесс занимает много времени.[3] Было показано, что это соединение окисляет множество различных загрязняющих веществ, но известно окислением хлорированных растворителей, таких как перхлорэтилен (PCE), трихлорэтилен (TCE) и винилхлорид (ВК).[5] Однако перманганат калия не может эффективно окислять дизельное топливо, бензин или BTEX.[5]

Перманганат натрия более дорогой, чем перманганат калия, но поскольку перманганат натрия более растворим, чем перманганат калия, его можно наносить на место загрязнения в гораздо более высокой концентрации. Это сокращает время, необходимое для окисления загрязнителя. Перманганат натрия также полезен тем, что его можно использовать в местах, где нельзя использовать ион калия.[5] Еще одно преимущество перманганата натрия перед перманганатом калия заключается в том, что перманганат натрия из-за его высокой растворимости может транспортироваться над землей в виде жидкости, что снижает риск воздействия гранул или контакта кожи с веществом.[3]

Первичные окислительно-восстановительные реакции перманганата задаются уравнениями:

  1. MnO−
    4     + 8ЧАС+
     + 5e− → Mn2+
     + 4ЧАС
    2    О     - (для pH <3,5)
  2. MnO−
    4     + 2ЧАС
    2    О     + 3e− → MnO
    2    (S) + 4ОЙ−
     - (для pH от 3,5 до 12)
  3. MnO−
    4     + е− → MnO2−
    4     - (для pH> 12)

Типичная реакция, протекающая в обычных условиях окружающей среды, представляет собой уравнение 2. Эта реакция дает твердый продукт, MnO
2.[6]

Преимущество использования перманганата в ISCO заключается в том, что он сравнительно медленно реагирует в подповерхностном слое, что позволяет составу продвигаться дальше в загрязненное пространство и окислять больше загрязняющих веществ.[3] Перманганат также может помочь в очистке материалы которые не очень проницаемы. Кроме того, поскольку растворы перманганата натрия и перманганата калия имеют плотность, превышающую плотность воды, перманганат может перемещаться через загрязненную область за счет диффузии, обусловленной плотностью.[3]

Использование перманганата создает побочный продукт MnO
2, который естественным образом присутствует в почве и поэтому является безопасным побочным продуктом.[5] К сожалению, несколько исследований показали, что этот побочный продукт, кажется, цементирует частицы песка вместе, образуя скальный материал, который имеет очень низкую проницаемость. По мере того, как камнеподобные материалы накапливаются, он блокирует попадание перманганата в остальную часть загрязнителя и снижает эффективность перманганата. Этого можно избежать, извлекая MnO
2 с загрязненной территории.[3]

Реагент Фентона

Реактив Фентона в основном представляет собой смесь железо соли железа в качестве катализатора и пероксид водорода. Подобную реакцию можно провести, смешав перекись водорода с [трехвалентным] железом (Iron III). Когда перекись катализируется растворимым железом, она образует гидроксильные радикалы (·OH), которые окисляют загрязнители, такие как хлорированные растворители, мазут и BTEX.[5] Традиционный реагент Фентона обычно требует значительного снижения pH почвы и грунтовых вод в зоне обработки, чтобы обеспечить внесение и распределение водного раствора железа, поскольку железо будет окисляться и выпадать в осадок при pH более 3,5. К сожалению, загрязненные грунтовые воды, которые необходимо очищать, имеют уровень pH на нейтральном или близком к нему уровне. В связи с этим существуют разногласия по поводу того, действительно ли ISCO, использующая реактив Фентона, является реакцией Фентона. Вместо этого ученые называют эти реакции подобными Фентону.[7]Однако некоторые поставщики ISCO успешно применяют реагент Фентона с нейтральным pH путем хелатирования железа, который удерживает железо в растворе и снижает необходимость подкисления зоны обработки. Химия Фентона сложна и состоит из множества этапов, в том числе следующих:[7]

  1. Fe2+ + H2О2 → Fe3+ + ОН· + ОН−
  2. Fe3+ + H2О2 → Fe2+ + OOH· + H+
  3. HO · + ЧАС
    2    О
    2     → Fe (III) + HO·
    2     + ЧАС+
  4. HO · + Fe (II) → Fe (III) + ОЙ−
  5. Fe (III) + HO·
    2     → Fe (II) + О
    2    ЧАС+
  6. Fe (II) + HO·
    2     + ЧАС+
     → Fe (III) + ЧАС
    2    О
    2
  7. HO·
    2     + HO·
    2     → ЧАС
    2    О
    2     + О
    2

Эти реакции происходят не поэтапно, а одновременно.

Применительно к химическому окислению in situ коллективная реакция приводит к разложению загрязняющих веществ в присутствии Fe2+
 как катализатор. Общий конечный результат процесса можно описать следующей реакцией:

ЧАС
2О
2 + загрязнитель → ЧАС
2О + CO
2 + О
2

Преимущества этого метода заключаются в том, что гидроксильные радикалы являются очень сильными окислителями и очень быстро реагируют с загрязнениями и примесями в грунтовых водах.[3] Кроме того, химикаты, необходимые для этого процесса, недорогие и их много.[5]

Традиционные применения реагентов Фентона могут быть очень экзотермическими, если в зоне закачки присутствует значительное количество железа, марганца или загрязняющих веществ (например, концентрации NAPL). В ходе реакции грунтовые воды нагреваются, и в некоторых случаях реагенты и пары могут выходить на поверхность из почвы. Стабилизация пероксида может значительно увеличить время пребывания и распределение реагента при одновременном снижении возможности возникновения чрезмерных температур за счет эффективного выделения пероксида из встречающихся в природе двухвалентных переходных металлов в зоне обработки. Однако концентрации загрязняющих веществ NAPL могут по-прежнему приводить к быстрым реакциям окисления с соответствующим повышением температуры и большим потенциалом всплытия даже при стабилизации реагента. Гидроксильные радикалы могут улавливаться карбонатом, бикарбонатом и естественным органическим веществом в дополнение к целевому загрязнителю, поэтому важно оценить матрицу почвы участка и применить дополнительный реагент, когда эти компоненты почвы присутствуют в значительном количестве.[7]

Персульфат

Персульфат - это новый окислитель, используемый в технологии ISCO. В персульфат соединение, которое используется для восстановления грунтовых вод, находится в форме пероксодисульфат или пероксидисульфат (S
2О2−
8), но ученые в области экологической инженерии обычно называют ионом персульфата. В частности, персульфат натрия используется, потому что он имеет самую высокую растворимость в воде, а его реакция с загрязнителями оставляет меньше вредных побочных продуктов. Хотя персульфат натрия сам по себе может разлагать многие загрязнители окружающей среды, сульфатный радикал ТАК−
4 обычно происходит из персульфата, потому что сульфатные радикалы могут разлагать более широкий спектр загрязняющих веществ быстрее (примерно в 1000–100000 раз), чем ионы персульфата. Различные агенты, такие как тепло, ультрафиолет, высокий pH, перекись водорода и переходные металлы, используются для активации персульфат-ионов и генерации сульфатных радикалов.[8]

Сульфатный радикал представляет собой электрофил, соединение, которое притягивается к электронам и которое реагирует, принимая электронную пару, чтобы соединиться с нуклеофил. Таким образом, эффективность сульфатных радикалов повышается в области, где имеется много электронодонорных органических соединений. Сульфатный радикал реагирует с органическими соединениями с образованием катиона органического радикала. Примерами электронодонорных групп, присутствующих в органических соединениях, являются амино (-NH2), гидроксильная (-ОН) и алкокси (-OR) группы. И наоборот, сульфатный радикал не так сильно реагирует в соединениях, которые содержат группы притяжения электронов, такие как нитро (-NO2) и карбонил (C = O), а также в присутствии веществ, содержащих атомы хлора. Также, как количество эфир связи увеличивается, скорости реакции уменьшаются.[8]

При применении в полевых условиях персульфат сначала должен быть активирован (он должен быть превращен в сульфатный радикал), чтобы быть эффективным при дезактивации. Наиболее часто используемый катализатор - двухвалентное железо (Iron II). Когда ионы двухвалентного железа и персульфат-ионы смешиваются вместе, они производят трехвалентное железо (железо III) и два типа сульфатных радикалов, один с зарядом -1, а другой с зарядом -2.[3] Новое исследование показало, что Железо нулевого валента (ZVI) также может успешно использоваться с персульфатом.[8] Персульфат и железо заранее не смешиваются, а вместе вводятся в зону загрязнения. Персульфат и железо реагируют под землей с образованием сульфатных радикалов. Скорость разрушения загрязняющих веществ увеличивается с увеличением температуры окружающей среды.[нужна цитата ]

Преимущество использования персульфата заключается в том, что персульфат намного более устойчив, чем перекись водорода или озон над поверхностью, и по своей природе не реагирует быстро. Это означает меньшие ограничения на транспортировку, его можно вводить в место загрязнения в высоких концентрациях и можно транспортировать через пористую среду за счет диффузии, обусловленной плотностью.[3] Недостатком является то, что это новая область технологий, и есть только несколько отчетов о ее тестировании в полевых условиях. [3] и с ним необходимо провести больше исследований.[8] Кроме того, каждый моль персульфата создает один моль окислителя (сульфатный радикал или гидроксильный радикал). Эти радикалы имеют низкий атомный вес, тогда как молекула персульфата имеет высокий атомный вес (238). Следовательно, стоимость (окислитель, образующийся при активации персульфата) по стоимости (цена относительно тяжелой молекулы персульфата) низка по сравнению с некоторыми другими окисляющими реагентами.[нужна цитата ]

Озон

Пока кислород очень сильный окислитель, это элементарная форма О
2 плохо растворяется в воде. Это создает проблему при восстановлении грунтовых вод, поскольку химическое вещество должно смешиваться с водой для удаления загрязнителя. К счастью, озон (О
3) растворяется примерно в 12 раз больше, чем О
2[5] и, хотя он все еще сравнительно нерастворим, он является сильным окислителем.[3]

Уникальной частью окисления озона является его применение на месте. Поскольку, в отличие от других окислителей, используемых в ISCO, это газ, его необходимо закачивать в место загрязнения снизу, а не сверху. Трубки встроены в землю, чтобы транспортировать озон к его исходному месту; затем пузыри поднимаются на поверхность. Что бы ни летучий оставшиеся вещества всасываются вакуумным насосом. Поскольку пузырьки движутся более вертикально, чем горизонтально, для равномерного распределения необходимо близкое расположение скважин для закачки озона.[3]

Самым большим преимуществом использования озона в ISCO является то, что озон не оставляет никаких остаточных химических веществ, таких как листья персульфата. ТАК2−
4 или перманганатные листья MnO
2. Процессы, связанные с озонированием (обработка воды озоном), оставляют после себя только О
2. Озон может также вступать в реакцию со многими важными загрязнителями окружающей среды. Кроме того, поскольку озон представляет собой газ, добавление озона ко дну резервуара загрязняющих веществ заставляет озон подниматься через загрязняющие вещества и вступать в реакцию. Благодаря этому свойству озон также может доставляться быстрее. Также теоретически ЧАС
2О
2 Совместное введение с озоном приведет к образованию ионов -ОН, которые являются очень сильными окислителями.[3]

Однако у озона много свойств, которые создают проблемы. Озон вступает в реакцию с различными загрязнителями, но проблема в том, что он также быстро реагирует со многими другими веществами, такими как минералы, органические вещества и т. Д., Которые не являются целевыми веществами. Опять же, он не очень хорошо растворяется и остается в воде в газовой форме, что делает озон склонным к неравномерному распределению и подъему к вершине места загрязнения кратчайшими путями, а не через весь материал. Кроме того, должен генерироваться озон, а это требует огромного количества энергии.[3]

Выполнение

Первичный механизм подачи для ISCO - это перфорированные полые металлические стержни, вбитые в землю методами бурения «прямым выталкиванием» или путем закачки окислителя в скважины, установленные с использованием шнека с полым штоком, методы роторного бурения. Одним из преимуществ нагнетательных скважин является то, что они могут использоваться для множества применений окислителя, в то время как методы прямого нагнетательного нагнетания, как правило, быстрее и дешевле. Нагнетательные скважины для озона, как правило, состоят из сита из нержавеющей стали диаметром 1-2 дюйма, установленного в песчаной набивке, залитой на поверхность с использованием комбинации цемента и бентонитовой глины. Часто месторождение обучение пилота необходимо выполнить для определения параметров закачки и расстояния между скважинами.[нужна цитата ]

Окислители, такие как перманганат и реагент Фентона, поставляются в виде растворов на водной основе. Эти вещества закачиваются в водоносный горизонт, а затем распространяются под действием силы тяжести и водного потока. При обнаружении загрязняющих веществ вещества окисляют их и очищают воду. Озон подается (барботируется) в виде газа в виде сухого воздуха или газа-носителя кислорода. Для окисления на месте путем закачки озона требуется специальное оборудование. Озон необходимо закачивать в грунтовые воды со дна водоносного горизонта, поскольку газообразный озон менее плотный, чем вода. Когда озон проходит через водоносный горизонт против силы тяжести, он по пути вступает в реакцию с загрязнителями.[3] Однако есть некоторые специфические методы доставки окислителя, включая инъекционные зонды, гидроразрыв, перемешивание почвы, вертикальные колодцы, горизонтальные колодцы и стены обработки.[6]

Датчики впрыска

Зонды для нагнетания используются в областях с очень низкой проницаемостью. Зонд малого диаметра (от 2 до 4 см) вращается или вдавливается в землю, в то время как реагенты вводятся в него под низким давлением. Реагенты проходят по сердцевине зонда и выходят через небольшие перфорации по сторонам зонда, расположенные через определенные интервалы. Реагенты уходят от активной зоны, проникая в существующие трещины и поры и создавая «ореол реактивности» (со стр. 182 или Принципы и практика химического окисления in situ с использованием перманганата). Чтобы оптимизировать количество окисляемых загрязняющих веществ, зонды устанавливаются в землю относительно близко друг к другу, на расстоянии примерно 0,6-1,2 метра друг от друга.[6]

Гидроразрыв

Гидроразрыв представляет собой процесс искусственного создания трещин на участке с низкой проницаемостью с последующим заполнением трещин окислителями. Сначала в земле просверливается отверстие, а затем сильная струя воды используется для создания трещин. Крупный песок, который обеспечивает достаточную проницаемость для прохождения окислителей, используется для заполнения трещин и предотвращения их закрытия, после чего окислитель закачивается в трещину.[6]

Перемешивание почвы

Перемешивание почвы может использоваться для доставки твердых или жидких форм окислителей в загрязненную почву. Для зон загрязнения от поверхности до средней можно использовать либо стандартное строительное оборудование (например, ковшовый смеситель), либо специальные инструменты для перемешивания грунта (например, Lang Tool, Allu Tool, Alpine и т. Д.). Для глубокого перемешивания почвы требуется специальное шнековое смесительное оборудование. Чтобы применить этот метод на месте и в глубоком грунте, окислитель должен быть закачан до точки смешивания с помощью штанги келли (часть оборудования для бурения грунта) или соответствующего трубопровода до места, где почва должна быть окислена. . Затем почву необходимо перемешать с помощью лопастей.[6]

Горизонтальные и вертикальные скважины

Сети горизонтальных скважин в основном используют длинные трубы, которые ведут в загрязненный водоносный горизонт или шлейф и из них, используемые для закачки окислителей и извлечения очищенных грунтовых вод. Сеть вертикальных скважин состоит из правильно расположенных нагнетательных скважин с небольшим перекрытием радиуса воздействия (ROI) для обеспечения контакта реагентов в вертикальной и горизонтальной зоне обработки. Нагнетательные скважины могут быть установлены стационарно или временно (т.е. с использованием технологии прямого выталкивания). В сетях горизонтальных скважин используются трубы, слегка L-образные на дне, для закачки окислителя и извлечения очищенных подземных вод в горизонтальном направлении. Горизонтальные скважины используются особенно тогда, когда окислители необходимо доставить в тонкие слои насыщения.[6]

Стены для обработки

Стенки обработки используются для доставки окислителей к концу шлейфа загрязняющих веществ и могут использоваться для предотвращения миграции окислителя. Стены обычно представляют собой сплошные траншеи, соединенные с сетью трубопроводов, в которые можно вводить окислители. Другой вариант этой системы подачи - это использование ряда отключенных вертикальных скважин для закачки окислителя в грунтовые воды. Факторы, которые влияют на применение и производительность лечебной стены, аналогичны факторам, влияющим на характеристики проницаемых реактивных барьеров.[6]

Тематические исследования

Технология ISCO многократно проверялась на практике. Ниже приведены несколько примеров исследований, проведенных для наблюдения за эффективностью ISCO.

Военно-морская авиабаза Северный остров

В январе 2007 г. грунтовые воды вокруг Военно-морская авиабаза Северный остров в Округ Сан-Диего, Калифорния лечился. В ходе этого теста было обработано в общей сложности 60 000 галлонов грунтовых вод и было использовано около 22 646 фунтов персульфата натрия. К персульфату не добавляли катализаторы, но было значительное уменьшение загрязнения. Было установлено, что образование радикала связано с повышенной температурой грунтовых вод (20–24 ° C). По истечении 19 дней после последней инъекции персульфата натрия общее снижение концентрации ТХЕ составило более 90%.[9]

Космический стартовый комплекс 37

Космический стартовый комплекс 37 поддерживал запуски космических кораблей «Сатурн» в 1961–1971 гг. Работы в Комплексе включали чистку деталей и промывку двигателя, в результате чего осталось два хлорированных летучие органические соединения (CVOC) исходные районы. United Launch Alliance также использовала этот район для запуска ракет-носителей Delta IV до проведения каких-либо восстановительных мероприятий на месте. Максимальные концентрации CVOC на участке составляли 9500 мкг / литр цис 1,2-DCE и 7900 микрограммов / литр винилхлорида. Оба объекта были очищены с использованием озона. Использовалась сетка закачки озона, состоящая из 116 скважин из нержавеющей стали. После 16 месяцев обработки озоном масса загрязняющих веществ снизилась на 44% на одном участке и на 70% на другом.[10]

Небраска артиллерийский завод

В Небраска артиллерийский завод, расположенный рядом Мид, Небраска был военным объектом, который производил бомбы, ракеты и снаряды с 1942 по 1956 год. Для их производства используются взрывоопасные материалы, такие как 2,4,6-тринитротолуол (TNT ) и гексагидро-1,3,5-тринитро-1,3,5-триазин (Гексоген ) были использованы; Чтобы уменьшить химическое воздействие этих материалов на рабочих завода, остатки гексогена и тротила, скопившиеся на полу, регулярно смывались водой. Вода текла наружу в канавы без покрытия, загрязняя почву вокруг завода гексогеном и тротилом. Трихлорэтилен (TCE) для обезжиривания трубопроводов еще больше загрязнило территорию. С годами загрязняющие вещества попали в грунтовые воды.

Чтобы остановить распространение загрязненных грунтовых вод, была размещена сложная система из 11 колодцев для удержания шлейфов. Этот метод обрабатывает воду гранулированный активированный уголь. Это поле было выбрано, чтобы проверить, насколько эффективно перманганат может удалить взрывоопасные загрязнения. На месторождении были размещены две нагнетательные скважины, чтобы создать между ними перманганатную завесу, через которую будет течь шлейф загрязняющих веществ. Результатом окисления было временное уменьшение загрязнения скважин на 70–80%, но перманганат не распределялся равномерно через завесу. Испытания показали, что перманганат является эффективным средством временного удаления взрывоопасных загрязнителей из грунтовых вод.[11]

Приложение производительности

Эффективность окисления зависит от места установки. литология, время пребывания окислителя, количество используемого окислителя, присутствие окисляющих материалов, отличных от целевого загрязнителя, степень эффективного контакта между окислителем и загрязняющим веществом (ами), а также кинетика реакции окисления между окислителем. и загрязняющие вещества.[нужна цитата ]

Почва и грунтовые воды проверяются как до, так и после нанесения окислителя, чтобы проверить эффективность процесса. Мониторинг газов, выделяемых во время окисления, также может помочь определить, уничтожаются ли загрязнители. Повышенный уровень CO
2 индикатор окисления.[нужна цитата ]

Безопасность и опасности

Четыре основных типа окислителей, которые используются в ISCO - реагент Фентона, озон, перманганат и персульфат - все являются сильными окислителями и представляют серьезную опасность для людей, которые с ними работают. В целях безопасности работников предприятия, использующие озон в качестве окислителя, должны периодически проверять уровни озона в воздухе, поскольку озон оказывает неблагоприятное воздействие на органы дыхания. Все окислители должны храниться должным образом, чтобы они не разлагались, и рабочие должны следить за тем, чтобы у них не было контакта кожи с какими-либо окислителями.[3]

Некоторые соединения ISCO могут агрессивно вступать в реакцию с органическими загрязнителями, поэтому их следует использовать с осторожностью. Реагент Фентона, в частности, очень экзотермичен и может вызывать нежелательные эффекты на микробную жизнь в водоносном горизонте, если его не использовать осторожно или не стабилизировать.[нужна цитата ]

Дополнительные проблемы, связанные с ISCO, включают образование нежелательных или токсичных продуктов окисления. Последние данные свидетельствуют о том, что окисление бензола приводит к образованию фенола (относительно безвредного соединения) и нового побочного альдегидного продукта, токсикология которого неизвестна.[12]

Возможные улучшения

В настоящее время ISCO в основном применяется сам по себе, но возможно объединить ISCO с другими технологиями, такими как химическое восстановление на месте (ISCR) и термодесорбция на месте (ISTD). Поскольку ISCO неэффективен при обработке шлейфов загрязнителей низкой концентрации,[4] ISCO можно использовать для обработки источника загрязнения, в то время как ISCR обрабатывает шлейфы.[13]

Традиционный ISCO ограничен массопереносом загрязняющих веществ в водную (грунтовую) фазу. Поскольку реакция окисления происходит в грунтовых водах, разрушение загрязнителей ограничивается только теми загрязнителями, которые перешли в фазу грунтовых вод. Чтобы преодолеть это ограничение на сайтах со значительными Загрязнение почвы и / или жидкая неводная фаза (NAPL), поверхностно-активные вещества могут вводиться одновременно с окислителями.Поверхностно-активные вещества эмульгируют загрязнители, сорбированные почвой, и / или NAPL, позволяя им разрушаться в окислительных реакциях в водной фазе; Эта запатентованная технология известна как химическое окисление in situ с добавлением поверхностно-активных веществ (S-ISCO).[нужна цитата ]

Технология доставки ISCO и реагенты также могут быть улучшены. В настоящее время окислитель закачивается в загрязненный участок и распределяется за счет давления закачки, турбулентности и адвекции. Этот метод эффективен при соответствующем расстоянии между точками и небольшом перекрытии радиуса влияния (ROI). Однако реагенты на основе пероксида не очень стабильны и вступают в реакцию с другими веществами вскоре после введения в подповерхностный слой, если пероксид не стабилизирован. Кроме того, современные методы активации персульфата часто не работают, что приводит к неоптимальным результатам. Эти проблемы можно решить, создав более стабильные окислители, специально предназначенные для загрязняющих веществ, чтобы они не окисляли другие вещества. Системы доставки также можно улучшить, чтобы окислители направлялись в правильные места.[13]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ http://www.clu-in.org/download/citizens/oxidation.pdf
  2. ^ «Архивная копия» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) 5 ноября 2018 г.. Получено 22 января, 2020.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  3. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о п q Huling, Scott G .; Брюс Э. Пивец (август 2006 г.). «Химическое окисление на месте» (PDF). Техническая проблема EPA (Агентство по охране окружающей среды США). Агентство по охране окружающей среды США. Получено 19 ноября, 2010.
  4. ^ а б c d Ганс Строо; К. Херб Уорд; Брюс С. Аллеман (14 сентября 2010 г.). Восстановление на месте шлейфов хлорированных растворителей. Springer Verlag. С. 481–535. ISBN  978-1-4419-1400-2.
  5. ^ а б c d е ж грамм час Амаранте, Дэвид (февраль 2000 г.). «Применение химического окисления in situ». Техника загрязнения. Деловая информация Cahners.
  6. ^ а б c d е ж грамм Зигрист, Роберт Л .; Майкл А. Урынович; Оливия Р. Уэст; Мишель Л. Крими; Кэтрин С. Лоу (2001). Принципы и практика химического окисления in situ с использованием перманганата. Колумбус, Огайо: Battelle Press. п. 39. ISBN  978-1-57477-102-2.
  7. ^ а б c Pignatello, J. J .; Oliveros, E .; Маккей, А. (2006). «Расширенные процессы окисления для уничтожения органических загрязнителей на основе реакции Фентона и родственной химии». Критические обзоры в области науки об окружающей среде и технологий. 36 (1): 1–84. Дои:10.1080/10643380500326564. ISSN  1547-6537.
  8. ^ а б c d Цитонаки, А .; Петри, Б .; Crimi, M .; Mosbaek, H; Siegrist, R.L .; Бьерг, П. Л. (2010), «Химическое окисление загрязненной почвы и подземных вод на месте с использованием персульфата: обзор», Критические обзоры в области науки об окружающей среде и технологий, 40 (55): 55–91, Дои:10.1080/10643380802039303, ISSN  1547-6537
  9. ^ D-028, в К.А. Филдса и Г. Викраманаяке (председатели), Восстановление хлорированных и трудно поддающихся лечению соединений - 2010 г. Седьмая Международная конференция по восстановлению хлорированных и трудно поддающихся лечению соединений (Монтерей, Калифорния, май 2010 г.). ISBN  978-0-9819730-2-9, Battelle Memorial Institute, Колумбус, Огайо, www.battelle.org/chlorcon.
  10. ^ D-030, в К.А. Филдса и Г. Викраманаяке (председатели), Восстановление хлорированных и трудно поддающихся лечению соединений - 2010 г. Седьмая международная конференция по восстановлению хлорированных и трудно поддающихся лечению соединений (Монтерей, Калифорния, май 2010 г.). ISBN  978-0-9819730-2-9, Battelle Memorial Institute, Колумбус, Огайо, www.battelle.org/chlorcon.
  11. ^ Albano, J .; Комфорт, S.D .; Злотник, В .; Халихан, Т; Бурбах, М .; Chokejaroenrat, C .; Onanong, S .; Клейтон, В. (июнь 2006 г.), «Химическое окисление загрязненных гексогеном грунтовых вод перманганатом на месте на артиллерийском заводе Небраски», Мониторинг и восстановление грунтовых вод, 30 (3): 96–106, Дои:10.1111 / j.1745-6592.2010.01295.x
  12. ^ Лю, Хайчжоу; Bruton, Thomas A .; Ли, Вэй; Ван Бюрен, Жан; Прассе, Карстен; Дойл, Фиона М .; Седлак, Дэвид Л. (21 декабря 2015 г.). «Окисление бензола персульфатом в присутствии Fe (III) - и Mn (IV) -содержащих оксидов: стехиометрическая эффективность и продукты превращения». Экологические науки и технологии. 50 (2): 890–898. Дои:10.1021 / acs.est.5b04815. ЧВК  6324172. PMID  26687229.
  13. ^ а б Siegrist, R.L; Crimi, M .; Симпкин, Т.Дж .; Brown, R.A .; Унгер, М. "Статус ISCO и будущие направления". В Химическое окисление in situ для восстановления грунтовых вод; Siegrist, R.L; Crimi, M .; Симпкин, Т. (Ред.); Springer, февраль 2011 г.

внешняя ссылка

Дополнительную информацию по этой теме можно найти на следующих сайтах:

  1. Химическое окисление in situ для восстановления грунтовых вод - Книга
  2. Принципы и практика химического окисления in situ: краткий курс
  3. Реакции и процессы переноса, контролирующие химическое окисление DNAPL in situ
  4. Руководство по технологической практике
  5. Информация об очистке Агентства по охране окружающей среды США
  6. База данных постоянных оценок Орегонского университета здравоохранения и науки