[发明专利]一种电解产氢的地下水还原性污染修复的方法

说明书

一、技术领域

本发明属于地下水修复的技术领域，特别涉及一种利用阴极电解产氢过程 接受阳极微生物在氧化降解还原性污染物质的过程中所产生电子的地下水修复 方法。

二、背景技术

地下水中的还原性污染泛指可以通过生物或者其它氧化手段去除的污染物 质，主要是各种有机物、一些还原性的金属化合物、硫化氢等。地下水有机物 污染是一个全球性的环境问题。垃圾渗滤液泄漏是导致地下水有机污染的常见 原因之一，主要是溶解性COD(或TOC，包括甲烷、有机酸、富里酸或腐殖酸等) 和少量的异性生物质(XOCs，如芳烃、酚、杀虫剂等)的污染。石油产品在生 产、运输、储存过程中产生泄漏是导致地下水有机污染的另一重要原因，常见 的如BTEX(苯、甲苯、乙苯、二甲苯)和MTBE等的污染对生态安全和人类健 康都有较大的危害。我国油气开发区的地下水污染问题比较普遍，石化企业对 地下水的石油污染也很严重。地下水是重要的饮用水来源，近年来由于有机污 染导致的地下水源地关闭事件时有发生。由于地下水处于相对封闭的环境，很 难与外界发生物质(如氧气)和能量的交换，因此地下水有机污染的自然消减 速度非常缓慢，短至几十年，长的要成百上千年。通过将地下水抽出处理然后 再回灌，既不经济，效果也未必好。因此目前多主张用原位修复的方法净化被 污染的地下水。

通过生物氧化将发生在地下的还原性污染彻底氧化是一个比较理想的选 择。生物氧化必须有电子受体物质的参与，厌氧发酵或产甲烷过程并不能使有 机物完全矿化。按照微生物优先选用的次序，在地下环境中可用作微生物电子 受体的物质依次为：硫酸盐＜铁(III)、Mn(IV)＜硝酸盐＜溶解氧。自 然界包括地下水环境存在各种各样的微生物，只要有适当的电子供体物质存在， 还原性的污染物质就能通过自然消减的过程被去除。但是在发生还原性污染的 地下含水层，上述各种电子受体物质都很匮乏，为了在合理的时间内修复被污 染的地下水，需要向地下水含水层补充电子受体。

通过向地下水增氧以促进原位生物降解是最常见的地下水修复思路，现在 有各种向地下水增氧的技术¹。氧气虽然是自然界最丰富也是微生物最容易利用 的电子供体，但是向地下水增氧却并不容易。由于氧气溶解度低、地下传质困 难等因素，以增氧为主要手段的地下水修复工程的成本难以大幅下降，因此应 用有限。其它一些向地下水补充电子供体的方法也曾被研究过，如向地下水注 入硝酸盐或过氧化氢等，这类方法虽然可以克服增氧所面临的难题，但是又会 产生生态安全和生物抑制等其它的问题。国内有人曾研究以过氧化钙等作为反 应材料的可渗透性反应栅(PRB)技术²，试图利用过氧化物的缓慢分解向地下 水补充溶解氧。此外，通过吸附的方法也可以在原位去除地下水中的有机污染， 不过被吸附的有机污染物并不会从此消失，必须与达到吸附饱和的吸附剂一起 重新挖出并妥善处理。总而言之，如何通过安全、可靠和经济的方法为被有机 物污染的地下水提供电子受体，是地下水有机污染原位修复所面临的最关键技 术问题。

¹王战强，张英，姜斌，李鑫钢，黄国强。地下有机污染的原位修复技术。环境保护科学，2004，30(125)：10～12。

²董军，赵勇胜，黄奇文，陈延君。用双层PRB技术处理垃圾填埋场地下水污染的可行性研究。环境科学学报，2004，24： 1024-1026。

自然界普遍存在一类能够进行电呼吸作用的微生物，这类微生物可以生活 在电化学反应系统的阳极反应区，当有电子供体物质(如有机物、还原性金属 化合物、硫化氢等)存在时，微生物可以将电子供体物质中的电子转移到阳极 上，使电子供体物质氧化降解并从这个过程中获取生长所需的能量。阳极上的 电子通过导线等组成的电子电路传递到阴极上，通过阴极所发生的还原反应接 受这些电子。基于这一原理，本发明提出一种利用阴极电解产氢反应接受阳极 微生物在氧化降解地下水还原性污染物质的过程中所释放电子的修复被污染地 下的方法。

三、发明内容