释氧生物渗透反应格栅去除地下水中有机污染物的生物与化学机理研究

天然地下水中的溶解氧浓度一般很低，特别是受到有机物污染后溶解氧将进一步被消耗。而有的污染物在厌氧或缺氧条件下难以降解，释氧渗透反应格栅与通常助氧方式相比有显著经济优势。但普通释氧材料（Oxygen Releasing compounds，"ORC"）寿命有限，因此急需研发一种可用于释氧渗透反应格栅的具减缓释氧速度、延长释氧周期的释氧材料，为释氧渗透反应格栅中地下水环境从厌氧（缺氧）到好氧的转变提供基础。本项目研究中选取在地下水中比较常见的、在厌氧（缺氧）条件下基本不降解的MTBE。主要研究内容为：几种天然粘土矿物与ORC混合制成不同粒径的释氧块的缓释效果；MTBE在厌氧和传统给氧条件下的生物降解机理；MTBE在厌氧和ORC给氧条件下的生物降解机理；ORC给氧条件下含水层介质的缓冲机理；传统给氧和ORC给氧条件下微生物生态的变化与表征以及释氧格栅的上游和下游的降解情况和水化学因素的变化。

渗透反应格栅（Permeable Reactive Barrier，简称PRB）是一种地下水污染就地恢复技术。由于该技术具有不需要用泵抽出地下水和地上处理系统，处理费用少，处理效果好，对环境的扰动小，反应介质消耗慢等优点而在地下水原位修复技术中具有广泛的应用前景。以PRB为载体嫁接微生物对MTBE进行降解是一种有效的方法，但是一般情况下，微生物很难以甲基叔丁基醚（MTBE）作为碳源进行降解，需要额外添加碳源和电子受体进行共代谢降解。本项目探讨了加入释氧材料，释放出氧气，作为微生物的电子受体，对MTBE进行天然条件下的降解。一般的释氧材料寿命短，一旦失去了释氧能力就需要对其进行更换，如何延长释氧材料的寿命是一个函待解决的问题。. 添加膨润土对释氧材料过氧化钙进行改进，通过测定释氧量和释氧速率，对改进后的释氧材料和未改进的释氧材料（过氧化钙、水泥和河沙）进行对比，可知：改进后的释氧材料（ORC）释氧速率平缓，释氧时间长，总释氧量大，是一种良好的释氧材料。15个月后，水中的溶解氧还能保持在8 mg/L左右，为后续的生物降解柱提供了充足的氧源。未加膨润土的释氧材料释氧速率减小的幅度较大，只能连续释氧约30天。另外，把本材料引入地下水中不会显著改变地下水环境的pH值因为天然含水层介质能把pH值缓冲到一个比较中性的环境。 ORC易于制作、成本低廉、原料易得，将该其用于地下水的原位修复，在经济性和清洁性上都有着不可比拟的优势。. 通过柱实验，对比了MTBE在厌氧、传统好氧、ORC给氧条件下的微生物降解，发现MTBE难以被微生物在厌氧或在传统好氧条件下降解，在ORC给氧条件下，约20 mg/L高浓度的MTBE微生物降解率为55.45%。通过测定MTBE降解的中间产物和最终产物，MTBE的好氧降解符合丙酮途径，TBA和丙酮是好氧降解的主要中间产物，MTBE最终被降解成CO2，碳平衡大于90%。.