相对于原位化学氧化，地下水化学还原更为复杂和具有挑战性。宝航环境已经在青海、山东、新疆、浙江、广东等地科学运用多种原位化学还原技术方法实施了地下水修复项目，数量和技术水平居国内领先。
原位化学还原（ISCR）是指以化学还原处理污染物为主的地下水原位修复方法。ISCR可以通过自然生物地球化学过程发生，由原位微生物活动催化，也可以通过添加化学还原剂。
自20世纪90年代末该术语首次出现以来，ISCR已经被赋予了各种定义。一般来说，就本文而言，ISCR是指地下水原位修复技术的类别，其处理主要是通过化学还原污染物进行的。ISCR的重点是非生物降解过程，但如果微生物活动在污染物还原中的作用是间接的，则生物矿物引起的污染物还原也包括在内。ISCR所需的还原条件可以通过“内在”生物地球化学过程产生自然衰减，或者通过刺激原位微生物活动(即增强厌氧双修复)产生，以及通过添加化学还原剂产生。
地下水和沉积污染物可以通过非生物途径(即不直接涉及微生物的途径)减少，这一事实在30多年的研究文献中得到了充分的记录。关于这些过程的大多数早期工作已经有了很好的总结。最近，有许多关于有机污染物降解反应的学术研究，使用设计的模型系统来显示天然还原剂，这些还原剂最有可能负责土壤、沉积物和地下水中的非生物还原反应。例如，图1说明了微生物代谢生成还原剂的三氯乙烯(TCE) ISCR的概念模型。
图1. 由产生固相还原剂的微生物代谢引发的TCE原位化学还原的概念模型：FeS、绿锈、掺杂Fe2+的针铁矿和磁铁矿
截至目前，研究的最彻底的三种自然产生的非生物还原剂是：
从Fe2+获得还原性质的矿物(或其无定形类似物)。这些矿物包括磁铁矿、绿锈、含铁粘土、吸附Fe2+的针铁矿，以及通常与玄武岩相关的矿物。
由S2-(或S1-)和Fe2+产生还原性的矿物。这类矿物研究最多的是镁铁和黄铁矿，但其他可能具有重要意义的Fe2+和S2-/1-相包括灰长岩、马氏体和非晶FeS。
与天然有机物相关的在特定氧化还原电位下具有活性的分子，主要是醌类，但也可能包括巯基和/或络合金属。
ISCR现在被广泛认为是地下水修复办法的一个主要类别，包括一系列技术，其中一些已经确立，另一些正在出现，还有一些仍在开发中。关于ISCR技术的任何一种分类方案还没有达成共识，但有两种方法似乎很有希望。
这些方法区分了基于相对天然的“内在”还原剂(包括地质来源的矿物或通过原位刺激自然生物地球化学过程形成的矿物)的技术和涉及添加自然界中不存在的化学还原剂(如零价铁和其他金属)的技术。
化学还原剂与生物添加剂的混合已被证明是一种有效的策略。许多商业添加剂将化学还原剂(特别是ZVI)与刺激微生物活性的材料(各种形式的有机碳)结合起来，作为商业产品可用。图2说明了潜在的ISCR技术作为“有效强度”的连续体，从相对温和的(通常是天然的)到更强的(通常是工程的)还原剂。
图2. 当前实践中的ISCR技术图
非生物MNA。污染物与天然生物地球化学过程产生的温和还原剂(主要是亚铁和硫化铁矿物)直接反应而降解。非生物MNA仅适用于对减少相对不稳定的污染物和相对较低的污染物浓度(例如，ppb水平的三氯乙烯)。
生物地球化学还原脱氯（BiRD）。BiRD是 Kennedy 等人创造的术语，用来描述通过形成活性硫化铁来刺激氯化溶剂的非生物还原过程。在这种情况下，有铁存在，通过刺激微生物硫酸盐还原产生硫化铁。BiRD的应用需要有足够的碳源、硫酸盐和铁。通常必须添加碳和硫酸盐，可以添加铁，尽管天然存在的铁矿物通常足够。BiRD主要用作反应墙技术，迄今为止，这些技术通常是用石膏和针铁矿添加的生物墙。
原位氧化还原操作(ISRM)。在含有大量铁(> 1wt%)的土壤基质中，应用中等强度的化学还原剂，如连二亚硫酸钠或多硫化钙，会导致与矿物基质相关的铁的还原。所得含铁矿物可作为还原剂，对污染物进行还原性转化。这种工艺的一个例子是已知的“原位氧化还原操作”技术，即ISRM，其中注入连二亚硝酸盐(一种可溶性化学还原剂)，将天然铁还原为吸附的和结构的亚铁，从而可以还原铬酸盐、四氯化碳、三氯乙烯和一些弹药化合物等污染物。
催化还原脱氯(CRD)。贵金属催化氢解脱氯法已被应用于地下水污染的原位修复，该方法被称为催化还原脱氯法(CRD)。尽管CRD在小试和至少一次扩展的中试试验中表现良好，但钯（Pd）催化剂会失活，特别是当地下水中含有硫化物时。用合适的氧化剂(如次氯酸钠或空气饱和水)处理后，这种失活是可逆的。改进的催化剂配方(例如，在Pd上加入Au簇或使用沸石支架将Pd与水中使催化剂失活的成分分离)可以提高抗失活能力，并增加再生前所需的时间。然而，利用井内循环反应器实施CRD仍然很有前景。Pd基催化剂对高氯酸盐和硝酸盐等其他常见地下水污染物的还原也有研究。
渗透反应墙(PRBs)。通过在地下水流方向横向放置可渗透活性物质来减少污染物流的技术被称为反应性处理区(RTZs)，或者更常见的是可渗透反应墙(PRBs)。PRBs中可以使用多种材料(落叶、鱼骨、活性炭等)来实现各种污染物去除过程，但最重要的是各种形式的颗粒状零价铁（ZVI）。PRBs可以靠近污染源区或下游放置(如在受体之前)，这取决于特定位点的考虑。早期的ZVI PRBs是通过挖沟来安置的，但现在它们通常通过水力或气动压裂、土壤混合或直接注入(微米或纳米尺度的ZVI)来安装建造。其他几个ISCR技术(例如，ISRM和SZTI)可以具有与PRB重叠的操作特征。
原位土壤混合(ISSM)。相对较浅的污染部位可以用大直径螺旋钻混合各种处理剂进行处理。最突出的ISCR原位土壤混合的例子包括ZVI和粘土。通常，使用大直径(4-8英尺直径)的螺旋钻或土壤搅拌器(例如Lang Tool)将粘土(5%至10%)和微型ZVI(0.5%至2%)的混合物混合到土壤基质中。粘土可以分散任何重非水相液体(DNAPL)作为Pickering乳化液，也可以通过降低含水层的整体渗透率来抑制污染地下水的运动。混合确保了乳液和ZVI之间的均匀接触。到目前为止，该技术的主要应用是DNAPL区域，包括深度达50英尺的土壤。
污染源区域定向注入(SZTI)。注入化学还原剂直接针对污染源区污染尚未得到广泛应用，但正在被考虑。虽然其他形式的化学还原剂也是可行的，但研究最多的还原剂包括ZVI(微米级和纳米级)和多硫泡沫。一般来说，材料要么是颗粒(例如，ZVI类型)，要么是液体/泡沫。颗粒形式的还原剂是有吸引力的，因为它们可以在污染源区域停留和反应的时间比液体/泡沫更长，因此提供剩余的处理能力。由于这些原因，SZTI与nZVI引起了广泛的关注，但这种还原剂的细颗粒性质带来了与使用寿命和放置有关的其他挑战，如下所述。多硫化钙已被用于六价铬源区的原位处理。在这种处理方法中，在整个源区注入多硫化钙泡沫，将CrVI降低到流动性较差的CrIII形式。它已在许多地方使用。
（编译于保罗.特拉特尼克博士和范涤敏博士的相关材料）
