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释氧物能提高受污染区域中氧的含量,增加生物活性和促进天然的衰减。释氧物的使用将依据土壤的化学成分,目标有机物的浓度,目标有机物的类型和清洁状况而定。我们所感兴趣的参数是在不同有效分压下氧气的释放速率和释放的氧气占所使用氧气的比例。研究人员主要研究了以下的固态氧化剂,研究内容主要是它们通过其它介质时的分解速率和运动的容易程度。
- --Na2CO3•1.5H2O2 过碳酸钠胶囊
- --过碳酸钠晶体
- --CaO2, 过氧化钙
- --MgO2, 过氧化镁
氧的运动
氧在地面下的运动受到如下因素的影响:
- --土壤的不同成分
- --湿度能阻碍氧气的运动
- --孔径—能够反映沉积物的年代和历史
- --由小孔尺寸所产生的扭曲, 这将增加氧气运动路径的距离
土壤的的形貌将直接影响氧气在土壤中的扩散以及土壤的氧化还原电势,生物降解将发生在界面区域。微生物在孔隙中不会受到毒性物质的毒害,也减少了被捕食的可能性。 固态氧化剂分解的较慢,分解产物流入反应限制区。相反,这些化合物能在它们的表面快速的释放出氧,表现出输运的局限性。研究人员预测Na2CO3 •1.5H2O2 胶囊氧气的释放是限制扩散的输运,而所研究的其它氧化剂都是通过分解的化学反应动力学来控制。动力学既有化学限制又有热力学的限制。反应如下进行:
2H2O + MgO2↔ Mg(OH)2(s) + H2O2
2H2O + CaO2(s) + ↔ Ca(OH)2(s) + H2O2
4Na2CO3•1.5H2O2 ↔8Na+ + 4CO3- + 6H2O2
H2O2 + H2O2↔ O2 + 2H2O
通过反应得到一些生成物,Mg(OH)2和Ca(OH)2,它们的溶解度比加入的离子要低。这样的沉淀物会覆盖在反应物上,堵塞土壤和反应物的微孔,限制了反应离子和颗粒的输运。过碳酸钠通过扩散限制输运释放出氧气,而化学动力学反应将控制氧化剂的分解速率。过氧化镁和过氧化钙的释放速率由于胶囊的封闭而受到限制。
试验和结论:没有经过胶囊包装的Na2CO3• 1.5H2O2具有最快的释放速率,CaCO2速度其次,而经过胶囊处理的Na2CO3•1.5H2O2. MgO2的氧气释放速率降低到了几个数量级。然而,两种形式的Na2CO3•1.5H2O2都有较大的尺寸,减缓了大颗粒的输运。过氧化镁和过氧化钙都有足够小成分颗粒能够在大于土壤氧化剂颗粒的空隙中进行迁移。在一些状况下,释氧物颗粒缺少运动建立会理想的,稳定的氧化区域。在水中加入释氧物改变水的PH值,通常在10-12的范围中间。升高PH值一般会对本土细菌会产生负面影响,但土壤具有缓冲能力来中和或抵消PH值的变化。
其它的结论:相对于生物吸收速率来说,释放速率太快会阻止所有氧气的利用。低于最佳的氧气释放速率时,会导致氧新陈代谢的减少或不能保持有氧呼吸。在测试过的释氧物中,过氧化镁具有最广泛的应用,基于如下原因:
- --氧气的释放速率最持久
- --pH值的改变最小
- --单位质量释放的氧气最多
我们通常所知道的释放氧气的化合物过氧化镁(MgO2)能够提高蓄水层中溶解氧的浓度,能够创造有氧环境,刺激嗜油微生物在有氧的状况下将石油污染物降解成二氧化碳和水。
* 氧气的生成:过氧化镁和水结合时,按照下面的反应释放出氧气: MgO2+ H2O --> 1/2 O2+ Mg(OH)2
* 应用方法用可回收的过滤袋,或以泥浆状直接推进注入的办法加入到蓄水层中。在移出地下储罐或通过挖掘治理而导致的明开挖位置,把回填之前用过的氧化镁干粉和轻度污染的土壤混合。一般情况下,施加在土壤中的过氧化镁至少是每吨土壤100克,一吨土壤过氧化镁的用量最好是处于一公斤到十公斤之间。
* 使用:在石油污染治理中,使用过氧化镁效果显著:
(1)在蓄水层中,为生物修复的足够养分已经存在,所有的溶解氧用来加速污染物的生物降解速度;
(2)作为氧气屏障控制地下水的烟羽污染。
(3)作为主动的现场治理,例如用水泵先抽再处理等其它一些物理方法已不再奏效时,过氧化镁做为一步纯化精制的过程,以达到预期的污染物复原的水平。
(4)作为供氧剂,过氧化镁可和其它的注入生物治理产品混合,直接在蓄水层中加入营养素或微生物。
生物治理指用微生物群体对既定环境污染体所进行的降解,转变和隔离。这个过程的先决条件就是在土壤或地下水中的微生物能够去除环境中的有机污染源。微生物留下的降解物是二氧化碳和水。
原地生物治理是指不挖掘受污染土壤而对原状生物修理。原地生物治理需要大量的氧分,这就意味着需要清理的区域必须是有氧环境,微生物将在有氧环境和营养物质的最佳增添量会生长,繁殖和消耗更多量的有害有机物质。当使用生物治理时,保持有氧环境非常重要。要清理的特定区域必须长时间的供养氧气。过氧化镁主要用于原地生物治理时氧气主要来源。原因在于这相关到过氧化镁的特定性质。
粉末状的过氧化镁能够稳定存在很长时间。总的氧气的释放期将持续3个月到1年,但不同的地方状况不同,主要由污染物的多少和地下水的流速而定。现场试验已表明,在大多碳氢化合物污染的地下水中镁化合物能够持续的释放氧气能够长达至少6个月。
过氧化镁是一种非毒性化合物,对蓄水层没有潜在的负面效应。过氧化镁和水反应的副产物,是氧气和寻常的氢氧化镁,氢氧化镁实质上是不溶解的。因此,过氧化镁只对蓄水层释放出氧气,氢氧化镁只作为土壤的一个惰性部分残留于过滤袋中,可从注射井里取出。必须提到的是过氧化镁和氢氧化镁对人们的消费都是安全的,因为它们都用于普通药物的抗酸剂。
过氧化镁是一种无色、无味的白色粉末。当PH值为中性时,过氧化镁会分解成过氧化氢并缓慢释放出氧分。过氧化镁主要作为土壤和地下水生物治理中的供氧剂使用,它也可用于水体供氧、废水处理、种子包衣、植物供氧等,还可以作为个人护理品中的漂白剂。