王志強(qiáng)話土壤修復(fù)：植物油用于土壤地下水修復(fù)原理及案例
植物油作為厭氧還原劑或輔助藥劑修復(fù)有機(jī)物(如含氯有機(jī)溶劑和多環(huán)芳烴等)污染土壤及地下水在全球已經(jīng)有不少的成功案例。在這篇文章里介紹植物油作為修復(fù)藥劑的修復(fù)原理及相關(guān)案例。
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植物油修復(fù)原理
在實(shí)際應(yīng)用中，植物油發(fā)酵產(chǎn)生氫分子(H2)和小分子脂肪酸，如醋酸、乳酸、丙酸脂等。其中產(chǎn)生的氫可取代有機(jī)物中的氯，起還原脫氯作用。另外，產(chǎn)生的短鏈小分子脂肪酸可向微生物提供碳和能量，微生物的新陳代謝也加速了還原脫氯過(guò)程。在使用植物油還原氯代烯烴過(guò)程中，比如全氯乙烯(PCE)，氯原子被氫原子代替而逐步還原成三氯乙烯(TCE),順式-1,2-二氯乙烯(cDCE),和氯乙烯(VC)，最終被還原成無(wú)毒的乙烯(圖1)。
圖1：全氯乙烯的還原脫氯過(guò)程
在脫氯過(guò)程中，植物油發(fā)酵產(chǎn)生的氫作為電子供體，含氯有機(jī)物作為電子受體，發(fā)生如下反應(yīng)：
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有機(jī)物分子中的氯原子數(shù)越多，它的氧化還原電位越高。對(duì)于高氧化還原電位的含氯有機(jī)物，比如六氯笨，在厭氧情況下植物油不能使其直接脫氯，需要注入或借助土著微生物，使含氯有機(jī)物成為微生物的代謝過(guò)程的最終電子受體，從而脫氯。植物油在此過(guò)程中提供碳和能量，并保持厭氧條件。一些研究總結(jié)脫氯的可能途徑有厭氧氧化脫氯、發(fā)酵、還原脫氯、參與新陳代謝、脫鹵呼吸作用和有氧脫氯等。因此，植物油可應(yīng)用于土壤和地下水修復(fù)。
為了使這個(gè)脫氯反應(yīng)持續(xù)下去，必須產(chǎn)生足夠的氫來(lái)滿足電子受體(PCE,TCE等)的需求，太多的非目標(biāo)物質(zhì)電子受體會(huì)消耗氫而使污染物的降解率下降。因此在實(shí)際的修復(fù)工程中，采用的植物油一般經(jīng)過(guò)混合其他物質(zhì)來(lái)增強(qiáng)其藥效，使其能夠持續(xù)長(zhǎng)期產(chǎn)生更多的氫，增強(qiáng)其還原性，產(chǎn)生更好的擴(kuò)散及運(yùn)動(dòng)路徑而與污染物接觸面積增大等等。
植物油修復(fù)案例
下面簡(jiǎn)單介紹一個(gè)在南澳大利亞某地進(jìn)行的采用植物油混合物修復(fù)由含氯有機(jī)溶劑引起的地下水污染案例：
位于南澳大利亞Salisbury一有機(jī)溶劑廠下的地下水受到PCE,TCE,cDCE和VC污染。2008年6月的地下水采樣調(diào)查顯示，污染物濃度PCE13,000ug/L,TCE1870ug/L,cDCE800ug/L,VC942ug/L。地下水層深度為地面下6米到18米。污染地下水羽寬大約80米，長(zhǎng)度約一公里，最后流入公共供水井。此地下水修復(fù)項(xiàng)目由南澳大學(xué)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與修復(fù)中心做項(xiàng)目咨詢，由當(dāng)?shù)匾皇姓臼┕ぁ２蓸佑昧嘶旌现参镉妥鳛樾迯?fù)藥劑的厭氧生物降解方案。采用混合植物油作為修復(fù)藥劑主要因?yàn)樗m合在地下水滲流速度較高的情況下應(yīng)用，另外成本低，藥效持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。
采用直推注射方法，把大約50噸混合植物油加入60個(gè)注射井。注射后從2007到2011年間在10個(gè)檢測(cè)井每半年抽取樣品檢測(cè)一次。到2012年10月份，PCE在檢測(cè)井內(nèi)濃度降低從72%到100%，其中8個(gè)井濃度降低大于95%。期間發(fā)現(xiàn)cDCE、VC及乙烯濃度有所升高，認(rèn)為是脫離反應(yīng)正在進(jìn)行的結(jié)果。最后生成的乙烯希望于自然降解去除。
此地下水修復(fù)方法相比大約運(yùn)行10年的傳統(tǒng)的泵出再處理系統(tǒng)(pump-and-treatsystem)，可節(jié)約成本大約90%。
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