地下水氯代有机溶剂污染源区的化学-生物修复机理研究

以DNAPL形式在地下水中存在的氯代有机溶剂，由于其污染强度高、溶解速度慢而成为地下水污染羽的二次污染源，拖长地下水污染羽恢复的时间、增加治理成本。运用各种氧化剂系统将DNAPL单独处理是地下水污染综合恢复的必要措施，在各种氧化剂中，由于双氧水简单友好的产物、过硫酸盐宽范围pH应用条件而备受重视。运用含水层中各种天然含铁矿物催化双氧水和过硫酸盐系统，可以扩大应用范围、减缓氧化反应的剧烈程度，而双氧水－过硫酸盐－含铁矿物的混合氧化系统的激发链反应机制和去除DNAPL的原理研究是含水层DNAPL去除新方法的前沿研究领域；大家一直认为氧化剂的使用会严重影响污染区的微生物生态而使治理区成为"死区"，但含铁矿物催化缓和的氧化反应弥补了这一不足，在此类方法中研究微生物的变化、微生物对化学反应产物的利用和去除作用对保护微生物生态、实现环境友好的污染恢复尤为重要。

氯代烃如三氯乙烯（trichloroethylene,TCE）在衣物干洗、电子元件去油污以及医药品和农药合成方面有着广泛的应用。因为三氯乙烯具有潜在的“三致”毒性，难以被微生物降解,所以需要一种能快速有效去除它的方法。过氧化氢与二价铁离子组成的芬顿试剂生成羟基自由基（HO∙），有着非常强的氧化能力，是常用的原位化学氧化（In situ chemical oxidation, ISCO）的试剂，但这个反应迅速，放出巨大的热量和气体，对地下水土层结构的稳定和土著生物的安全有威胁。天然铁矿石的铁以固体存在，使得其与过氧化氢的反应（类芬顿反应）放慢，放出的热量较少。然而，类芬顿反应去除污染物的能力不如芬顿反应强。过硫酸钠是最近用于去除有机污染物的新试剂。如果把它与类芬顿反应试剂组合，可以增强去除污染物的能力。目前，对于过氧化氢或过硫酸钠单氧化系统的机理研究比较多，但对于它们构成的双氧化系统的机理研究还未见报道。. 本报告实验了3种不同价态的含铁矿石（菱铁矿、磁铁矿、赤铁矿）分别催化过氧化氢，催化过氧化氢和过硫酸钠双氧化剂，组成6个氧化系统，去除DNAPL相的TCE。结果表明菱铁矿催化过氧化氢和过硫酸钠双氧化剂系统对TCE具有较好的去除效果，去除率达到100%。. 为了解释菱铁矿催化过氧化氢和过硫酸钠系统系统有着良好去除率的原因，分别做了此系统动力学实验、氯离子滴定和自由基测定等辅助实验。TCE在此系统中的去除对过氧化氢的浓度是1级、对过硫酸钠的浓度是1级，整个反应级数是2级。这证明：是溶解的二价铁和固体的二价铁催化过氧化氢和过硫酸钠，其中以溶解的二价铁催化作用为主，产生具有极强氧化性的自由基：羟基自由基和硫酸根自由基，对TCE进行氧化脱氯，使TCE最终矿化成CO2、Cl-和水。. 当有微生物存在时，菱铁矿催化的双氧化系统去除TCE的效果仍然显著。此系统中氧化剂对微生物初始有一些毒性，但微生物能够经过自身繁殖自然恢复。此系统应用到地下水TCE污染修复时，增加过氧化氢的用量对TCE去除率的提高较显著。