王志強話土壤修復：植物油用于土壤地下水修復原理及案例
植物油作為厭氧還原劑或輔助藥劑修復有機物(如含氯有機溶劑和多環(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藥劑的修復原理及相關(guān)案例。
植物油修復原理
在實際應用中，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程。在使用植物油還原氯代烯烴過程中，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)，最終被還原成無毒的乙烯(圖1)。
圖1：全氯乙烯的還原脫氯過程
在脫氯過程中，植物油發(fā)酵產(chǎn)生的氫作為電子供體，含氯有機物作為電子受體，發(fā)生如下反應：
有機物分子中的氯原子數(shù)越多，它的氧化還原電位越高。對于高氧化還原電位的含氯有機物，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，使含氯有機物成為微生物的代謝過程的最終電子受體，從而脫氯。植物油在此過程中提供碳和能量，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，植物油可應用于土壤和地下水修復。
為了使這個脫氯反應持續(xù)下去，必須產(chǎn)生足夠的氫來滿足電子受體(PCE,TCE等)的需求，太多的非目標物質(zhì)電子受體會消耗氫而使污染物的降解率下降。因此在實際的修復工程中，采用的植物油一般經(jīng)過混合其他物質(zhì)來增強其藥效，使其能夠持續(xù)長期產(chǎn)生更多的氫，增強其還原性，產(chǎn)生更好的擴散及運動路徑而與污染物接觸面積增大等等。
植物油修復案例
下面簡單介紹一個在南澳大利亞某地進行的采用植物油混合物修復由含氯有機溶劑引起的地下水污染案例：
位于南澳大利亞Salisbury一有機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，長度約一公里，最后流入公共供水井。此地下水修復項目由南澳大學環(huán)境風險評估與修復中心做項目咨詢，由當?shù)匾皇姓臼┕ぁ２蓸佑昧嘶旌现参镉妥鳛樾迯退巹┑膮捬跎锝到夥桨浮２捎没旌现参镉妥鳛樾迯退巹┲饕驗樗m合在地下水滲流速度較高的情況下應用，另外成本低，藥效持續(xù)時間長。
采用直推注射方法，把大約50噸混合植物油加入60個注射井。注射后從2007到2011年間在10個檢測井每半年抽取樣品檢測一次。到2012年10月份，PCE在檢測井內(nèi)濃度降低從72%到100%，其中8個井濃度降低大于95%。期間發(fā)現(xiàn)cDCE、VC及乙烯濃度有所升高，認為是脫離反應正在進行的結(jié)果。最后生成的乙烯希望于自然降解去除。
此地下水修復方法相比大約運行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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