【摘 要】
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四氯乙烯(PCE)被列为优先控制污染物,主要应用于国内外干洗业和金属脱脂等行业,其对人体健康和环境都会造成危害,因此修复PCE污染的地下水具有重要意义。传统地下水修复技术在修复PCE污染时,会生成更具毒性的中间产物,而乳化纳米铁(EZVI)原位反应带结合化学还原与生物还原共同作用,具有降解速率快、中间产物累积少、促进土著微生物生长、成本低的优点,因此建立EZVI原位反应带修复PCE污染的地下水具有
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四氯乙烯(PCE)被列为优先控制污染物,主要应用于国内外干洗业和金属脱脂等行业,其对人体健康和环境都会造成危害,因此修复PCE污染的地下水具有重要意义。传统地下水修复技术在修复PCE污染时,会生成更具毒性的中间产物,而乳化纳米铁(EZVI)原位反应带结合化学还原与生物还原共同作用,具有降解速率快、中间产物累积少、促进土著微生物生长、成本低的优点,因此建立EZVI原位反应带修复PCE污染的地下水具有良好的应用前景。本研究以乳化油(EVO)包覆纳米零价铁(nZVI)制备的EZVI为修复试剂,其中nZVI作为化学还原剂,EVO为外加有机质,河砂作为土著微生物的来源,构建EZVI修复PCE反应体系,分析了EZVI还原PCE的动力学和还原PCE的过程和降解性能;在模拟柱中建立EZVI原位反应带,根据EZVI原位反应带的形成及发展演化,阐明了原位反应带降解PCE机理和相关物质变化情况;考察了EZVI反应带的微生物群落结构变化;并对EZVI原位反应带进行环境生态经济分析。综合评估EZVI原位反应带技术修复PCE污染场地效能,为EZVI原位反应带技术在PCE污染地下水的应用奠定了理论基础。(1)制备了EVO(1%)包覆nZVI(0.95 g/L)的EZVI浆液,对EZVI还原PCE动力学和修复过程进行研究。静态批实验结果显示:EZVI还原PCE反应符合一级反应动力学;添加相同体积的EZVI(1%EVO和0.95 g/L NZVI)和EVO(1%)修复试剂的PCE修复体系中,EZVI修复PCE可以减少中间产物DCE的积累,且降解效率较单独添加EVO修复PCE的去除效率提高了68.9%。EZVI还原PCE的过程是先通过Fe~0先化学还原作用脱氯,同时EVO为PCE厌氧微生物脱氯提供了良好的还原环境,可以促进厌氧生物脱氯反应进行。(2)探究了地下水中Ca2+和SO42-的浓度对EZVI还原PCE反应速率的影响。结果显示Ca2+可以抑制EZVI对PCE的还原效果,当Ca2+浓度为为10~100mg/L时,PCE还原速率常数降低4.8%~33.9%;SO42-可以促进EZVI对PCE的还原速率,在10~100mg/L的SO42-范围内,随着SO42-浓度增加对促进EZVI还原PCE作用越明显,SO42-浓度为100mg/L时,PCE还原速率常数由0.184 d-1提高到0.211d-1。(3)构建了EZVI原位反应带修复PCE的模拟柱实验,探究了EZVI还原修复PCE的物质变化和修复机理。在EZVI修复PCE的模拟柱中,EZVI的注入可快速降低污染源处的污染物浓度,反应中期非生物脱氯作用占主导,不产生中间产物的累积,反应后期生物还原脱氯占主导作用。反应带形成的Fe(Ⅱ)和S(-Ⅱ)具有电子传递功能,有利于PCE还原脱氯;介质表面形成的铁和硫矿物有利于生物地球化学还原;EZVI原位反应带比单独添加EVO还原PCE降解速率提高3.16倍。(4)对EZVI原位反应带的微生物群落结构变化进行分析,初始污染物附近多样性指数低,经过100天驯化,微生物多样性增强,由初始的好氧优势菌属假单胞菌属、不动杆菌属逐渐演化为梭菌属、OPB41类脱氯单胞菌、脱氯杆菌属、脱硫单胞菌属、脱亚硫酸菌属、甲烷杆菌属,具有厌氧发酵电子供体和异化铁还原的作用,强化厌氧生物脱氯反应的进行。(5)对EZVI原位反应带进行环境生态经济分析,修复每立方米PCE污染的地下水,所需材料制备成本为610元,EZVI原位反应带具有较低的经济成本,且具有环境友好性。
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