第1章 地下水氯代烃溶剂污染和修复综述 1
1.1 引言 1
1.2 氯代烃溶剂的用途 1
1.3 氯代烃溶剂污染发展史和清除技术 4
1.3.1 氯代烃溶剂污染的发现 4
1.3.2 清除技术的发展 5
1.3.3 运移和演化 6
1.3.4 超级基金 7
1.4 物理和化学性质 7
1.5 污染问题的本质 8
1.6 污染处理技术 9
1.6.1 传统的抽出-处理技术 10
1.6.2 空气注入技术 10
1.6.3 生物降解技术 12
1.6.4 助溶剂和表面活性剂冲洗技术 13
1.6.5 原位热处理技术 14
1.6.6 原位化学处理技术 15
1.7 修复策略 17
1.8 修复效果 20
1.9 总结 21
参考文献 22
第2章 氯代烃溶剂的化学特征：结构、术语和特性 26
2.1 引言 26
2.2 结构和术语 26
2.3 特性 29
2.3.1 溶解性 30
2.3.2 固-液分配特性 31
2.3.3 气-液分配特性 31
2.3.4 固-气分配特性 32
2.3.5 转化反应 32
参考文献 32
第3章 氯乙烯的生物降解 34
3.1 引言 34
3.2 生物降解定义 34
3.3 乙烯氯化物生物降解研究的历史回顾 34
3.4 乙烯氯化物的生物降解和氧化还原条件 36
3.4.1 氧化还原条件在乙烯氯化物生物降解中的作用 36
3.4.2 氧化还原术语 36
3.5 乙烯氯化物的微生物还原脱氯 38
3.5.1 还原脱氯和原位氧化还原条件 38
3.5.2 乙烯氯化物的原位氯代呼吸 39
3.5.3 乙烯氯化物还原脱氯的动力学约束 40
3.5.4 电子供体的有效性 41
3.5.5 小结 42
3.6 有氧条件下乙烯氯化物的微生物矿化 43
3.6.1 有氧条件下的共代谢氧化 43
3.6.2 有氧条件下乙烯氯化物的降解 44
3.6.3 有氧条件下乙烯氯化物降解的重要性 45
3.6.4 小结 45
3.7 厌氧条件下乙烯氯化物的矿化 46
3.7.1 厌氧野外条件的定义 46
3.7.2 试验误差最小化 46
3.7.3 厌氧条件下乙烯氯化物矿化的证据 47
3.7.4 厌氧条件下乙烯氯化物矿化的机理 48
3.7.5 小结 49
3.8 原位生物降解的指示剂：降解产物的积累 49
3.9 结论 52
参考文献 52
第4章 影响氯代烃溶剂修复的非生物作用 60
4.1 引言 60
4.2 吸附作用 60
4.2.1 化学吸附和物理吸附 60
4.2.2 吸附作用的测量和评估 61
4.3 挥发作用 65
4.3.1 平衡状态下的空气-水分配 65
4.3.2 包气带中氯代烃溶剂的气相运移 67
4.4 非生物转化作用 70
4.4.1 取代反应与去除反应 71
4.4.2 还原和氧化反应 73
4.4.3 反应动力学 82
4.4.4 非生物转换速率评估 85
4.5 耦合非生物-生物作用 87
4.5.1 生物催化作用 87
4.5.2 生物成矿作用 89
参考文献 90
第5章 氯代烃溶剂的修复工程与施工 97
5.1 引言 97
5.2 综述 97
5.3 场地识别问题 98
5.3.1 识别优化 99
5.3.2 地质和水文地质条件初步识别 100
5.3.3 污染物概略描述 101
5.3.4 场地特征的识别方法 102
5.4 场地特征给修复带来的挑战 104
5.4.1 非均质地下环境中的试剂投放 105
5.4.2 地球化学制约因素 108
5.4.3 微生物制约因素 109
5.4.4 持续排放的污染源 110
5.4.5 混合污染物 111
5.5 公众关注的问题 111
5.5.1 法规问题 111
5.5.2 公众关注问题 114
5.5.3 室内毒气潜在入侵 115
5.6 污染修复施工的挑战 115
5.6.1 基础设施的妨碍 116
5.6.2 修复后的反弹 116
5.6.3 污染物迁移 117
5.6.4 井和地层结垢 117
5.6.5 修复结果预测的困难 118
5.7 应对挑战方法的补充讨论 118
5.7.1 识别优化管理方法 119
5.7.2 复杂地层试剂投放方法 119
5.7.3 修复效果不确定的应对策略 120
5.7.4 应对多重挑战的组合修复技术 122
5.8 总结 122
参考文献 123
第6章 氯代烃溶剂污染修复模拟 127
6.1 引言 127
6.2 降解和运移模拟 127
6.2.1 降解和运移模拟的基本公式 128
6.2.2 建模过程 132
6.3 氯代烃溶剂生物降解、吸附和非生物作用模拟 137
6.4 地下水模拟中的代表性污染源 139
6.4.1 重质非水相污染源区 140
6.4.2 源区污染物评估 142
6.5 已开发模型 143
6.5.1 常用的解析模型 144
6.5.2 数值模型现状 145
6.6 应用实例 148
6.6.1 Biochlor模拟应用实例——佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地的消防训练区 148
6.6.2 RT3D模拟实例——乳化油生物墙处理氯代烃和高氯酸盐的模拟 150
6.7 结论 156
参考文献 156
第7章 污染源管理对氯代烃污染羽的影响 162
7.1 引言 162
7.2 氯代烃溶剂在地下的运移及分布 162
7.2.1 重质非水相液体 163
7.2.2 气相 165
7.2.3 液相 166
7.2.4 吸附相 170
7.3 地质条件的重要属性 171
7.3.1 类型Ⅰ——中到高渗透性的高均质粗颗粒介质 171
7.3.2 类型Ⅱ——低渗透性的非均质粗颗粒介质 172
7.3.3 类型Ⅲ——中到高非均质性的粗颗粒介质 173
7.3.4 类型Ⅳ——孔隙度低的裂隙介质 173
7.3.5 类型Ⅴ——孔隙度高的裂隙介质 174
7.3.6 复杂地质条件污染源区 175
7.4 氯代烃溶剂污染场地的演化 176
7.5 污染源衰减或密封对污染羽的影响 180
7.5.1 概述 181
7.5.2 污染源的功能 181
7.5.3 污染羽对修复措施的响应 182
7.6 结论 188
参考文献 188
第8章 氯代烃溶剂重质非水相液体污染场地调查 192
8.1 引言 192
8.2 污染场地调查的目的 193
8.2.1 评估污染物的性质和污染程度 194
8.2.2 风险评价 198
8.2.3 污染修复决策与监控 199
8.3 场地调查步骤和方法 200
8.3.1 松散介质污染源区调查 202
8.3.2 裂隙介质污染源调查 207
8.3.3 污染物下渗和交叉污染的风险 210
8.4 数据解译 212
8.4.1 重质非水相液体存在与否的解释 212
8.4.2 源强 212
8.4.3 污染物通量 213
8.4.4 污染羽存在时间 213
美国实验与材料协会（ASTM）标准 213
附录8.A 214
参考文献 235
第9章 氯代烃溶剂污染羽修复技术筛选 246
9.1 引言 246
9.2 修复技术选择流程 247
9.3 原位修复 248
9.3.1 优势与不足 248
9.3.2 原位修复技术 249
9.4 生物处理技术 252
9.4.1 强化还原脱氯技术 252
9.4.2 有氧共代谢技术 254
9.4.3 植物修复技术 254
9.4.4 监测自然衰减技术 255
9.5 化学处理技术 256
9.5.1 原位化学氧化技术 256
9.5.2 原位化学还原技术 257
9.5.3 电化学还原技术 258
9.6 物理处理技术 258
9.6.1 原位曝气技术 258
9.7 决策指南 259
9.7.1 达到管理目标的能力 259
9.7.2 场地条件对技术的限制 263
9.8 总结 265
参考文献 265
第10章 氯代烃溶剂污染羽生物修复技术 270
10.1 引言 270
10.1.1 原位生物修复技术 270
10.1.2 原位生物修复的优势 271
10.1.3 原位生物修复局限性 272
10.2 生物修复技术简史 273
10.3 分子生物技术 275
10.4 原位厌氧生物技术的使用 277
10.5 总结 277
参考文献 278
第11章 氯代烃溶剂污染羽监测自然衰减技术 284
11.1 技术概况 284
11.2 双子城陆军弹药厂案例研究 286
11.3 分子生物技术的使用 294
11.4 脱氯拟杆菌的16SrRNA聚合酶链反应试验与自然衰减速率之间的对应关系 295
11.5 利用生物地球化学指标预测脱氯拟杆菌DNA的存在 300
11.6 稳定同位素技术识别自然生物降解 301
11.7 监测自然衰减技术在未来的应用 307
参考文献 308
第12章 氯代烃溶剂厌氧生物修复的生物刺激技术 312
12.1 引言 312
12.1.1 修复目标 313
12.1.2 监管验收 314
12.1.3 生物刺激技术的优缺点 314
12.2 技术说明 317
12.2.1 适用的污染物（氯代烃溶剂） 317
12.2.2 氯代烃溶剂的厌氧降解途径 317
12.2.3 控制地下水的氧化还原条件 320
12.2.4 生物刺激技术的场地选择 322
12.2.5 可行性研究 324
12.3 生物刺激技术的应用 326
12.3.1 底物选择 326
12.3.2 二次生物刺激修正技术 328
12.3.3 生物添加技术 329
12.3.4 底物需求和加载率 330
12.3.5 系统配置 337
12.3.6 底物混合和输送系统 338
12.3.7 健康和安全注意事项 351
12.3.8 生物刺激技术设计总结 352
12.4 生物刺激技术性能评价 352
12.4.1 修复目标 352
12.4.2 性能测试 353
12.4.3 系统修正和应急措施 360
12.5 总结 361
12.5.1 氯代烃溶剂生物刺激技术的应用 361
12.5.2 生物刺激技术有关的技术协议、参考文献及网络资源 362
12.5.3 生物刺激技术前景 363
12.6 致谢 363
参考文献 364
第13章 氯代烃溶剂厌氧生物修复的生物添加技术 372
13.1 引言 372
13.2 科学依据 373
13.2.1 脱卤呼吸作用和脱氯拟杆菌 374
13.2.2 地下环境中生物添加培养菌的生存和分布 375
13.2.3 应用前沿 377
13.3 生物添加技术应用 378
13.3.1 可用的微生物培养物 378
13.3.2 质量保证与质量控制 381
13.3.3 实施方法 382
13.3.4 影响生物添加技术成功的因素 382
13.4 技术选择问题 383
13.4.1 是否需要使用生物添加技术 384
13.4.2 何时使用生物添加技术 386
13.5 评估生物添加需求的工具 387
13.5.1 直接检测 387
13.5.2 微观测试 387
13.5.3 地球化学调查 388
13.6 不确定性 388
13.7 案例研究 390
13.7.1 美国密歇根州巴克曼路现场试验 390
13.7.2 美国特拉华州多佛空军基地 391
13.7.3 美国德克萨斯州凯利空军基地 392
13.8 总结 393
参考文献 394
第14章 氯代烃溶剂污染羽曝气处理技术 400
14.1 引言 400
14.2 原位曝气技术修复示范的设计基础 402
14.2.1 控制性能的主要因素 402
14.2.2 含水层中的空气流动和分布 402
14.2.3 原位曝气系统中污染物的去除 404
14.2.4 影响可行性评估和设计的因素 405
14.3 原位曝气系统设计范例 405
14.3.1 场地特征描述 405
14.3.2 技术的初步筛选 407
14.4 试点试验 413
14.5 曝气修复系统设计 418
14.6 原位曝气系统的监测和优化 419
14.7 原位曝气系统的典型设计和运行缺陷 420
14.8 总结 421
参考文献 421
第15章 氯代烃溶剂化学氧化还原修复技术 425
15.1 引言 425
15.2 原位化学氧化技术 427
15.2.1 原位化学氧化技术的发展 427
15.2.2 应用于原位化学氧化技术的氧化剂 430
15.2.3 过氧化氢 432
15.2.4 高锰酸盐 439
15.2.5 过硫酸钠 449
15.2.6 臭氧 456
15.2.7 小结 461
15.3 原位化学还原技术 461
15.3.1 原位化学还原的基础 461
15.3.2 原位化学还原技术的持续发展 464
15.3.3 原位化学还原技术的应用 467
15.3.4 原位化学还原技术的研究需求 469
15.3.5 结论 469
参考文献 470
第16章 氯代烃溶剂铁反应墙修复技术 475
16.1 引言 475
16.2 有关反应过程的阐述 477
16.2.1 反应原理 477
16.2.2 反应途径 478
16.2.3 降解动力学 478
16.2.4 特定的反应速率 482
16.3 铁质可渗透性反应墙的设计 483
16.3.1 速率常数的解译和应用 483
16.3.2 反应墙的设计 484
16.3.3 可渗透性反应墙的结构 486
16.3.4 建设方法 487
16.3.5 反应墙在裂隙岩体中的安装 490
16.4 铁质渗透性反应墙的长期性能 490
16.4.1 定义和潜在因素 490
16.4.2 金属铁的耐久性 491
16.4.3 竞争性氧化剂 491
16.4.4 次生矿物的生成 493
16.4.5 微生物效应 495
16.5 实例研究 495
16.5.1 纽约的国防部设施 495
16.5.2 马萨诸塞州的老工业设施 497
16.6 技术发展阶段 500
16.6.1 场地数量及其性能 500
16.6.2 未来发展 500
参考文献 501
第17章 氯代烃溶剂电解反应墙修复技术 507
17.1 引言 507
17.1.1 优势和局限性 508
17.2 技术介绍 508
17.2.1 工作原理 508
17.2.2 施工材料 510
17.2.3 电解反应墙的操作 512
17.2.4 安装方法 513
17.2.5 污染物处理 513
17.3 性能 513
17.3.1 实验室研究 513
17.3.2 现场研究 515
17.3.3 与其他反应墙技术的成本对比 515
17.3.4 潜在的副作用 517
17.3.5 经验总结 518
17.4 案例研究：F.E.Warren空军基地现场试验 518
17.4.1 场地描述 518
17.4.2 安装、操作及监测 519
17.4.3 试验结果 521
17.5 结论 521
参考文献 522
第18章 氯代烃溶剂井中修复技术 524
18.1 引言 524
18.1.1 背景 524
18.1.2 技术现状 525
18.1.3 井系统设计 526
18.1.4 专利／许可证问题 527
18.2 工作原理 528
18.2.1 抽取地下水的方法 529
18.2.2 处理方法 530
18.3 适用性和局限性 533
18.3.1 生物处理法 536
18.3.2 地下水的越流 536
18.4 健康安全因素 537
18.5 场地特征描述的要求和系统的选择 537
18.5.1 抽水试验 537
18.5.2 偶极试验 538
18.5.3 微水试验 538
18.6 系统设计要求 539
18.7 性能监测要求 539
18.7.1 井中修复技术的监测 540
18.7.2 修复进展的监测 540
18.8 场地关闭问题 543
18.9 案例分析 543
18.9.1 案例1：加州March空军基地的UVB试验案例 543
18.9.2 案例2：加州海军航空站北岛的NoVOCsTM实验 549
18.10 技术文件 552
18.10.1 ESTCP协议 552
18.10.2 美国环保署（USEPA）场地试验项目报告 552
18.10.3 美国马萨诸塞州空军保护区文件 553
参考文献 553
第19章 氯代烃溶剂污染羽植物修复技术 557
19.1 引言 557
19.1.1 植物修复的概念 557
19.1.2 植物修复氯代烃的过程 560
19.2 实施 575
19.2.1 植物修复适用性的评价 575
19.2.2 设计要素 577
19.2.3 监测 578
19.3 案例分析 579
19.3.1 德克萨斯州沃斯堡市海军航空站联合储备基地（NAS-JEB）——用美洲杨树处理三氯乙烯污染的地下水 579
19.3.2 马里兰州埃奇伍德市的超级基金场地——Aberdeen试验场，利用小黑杨树处理卤代挥发有机化合物 584
19.3.3 利用小黑杨处理康涅狄格州索辛顿市新英格兰溶剂回收服务中心（SRSNE）氯代挥发性有机物 588
参考文献 589
第20章 修复方法的成本分析 597
20.1 引言 597
20.2 成本分析步骤 597
20.2.1 示范场地描述 597
20.2.2 成本的类别和组成 599
20.3 修复技术的评估 600
20.3.1 案例1：残留源区 600
20.3.2 案例2：浅层反应墙 602
20.3.3 案例3：深层反应墙 604
20.4 成本分析 606
20.4.1 案例1：残留源区 606
20.4.2 案例2：浅层反应墙 608
20.4.3 案例3：深层反应墙 611
20.4.4 原位修复与抽出-处理技术的对比 613
20.4.5 影响成本计算的贴现率 615
20.5 总结 615
参考文献 616
第21章 氯代烃溶剂污染羽修复的发展趋势 617
21.1 引言 617
21.2 为什么还需要进一步的研究和发展？ 618
21.2.1 存在的不确定因素 618
21.2.2 重新关注污染羽 619
21.2.3 社会发展需求 620
21.3 需要什么具体的研究和发展？ 621
21.3.1 应用系统工程分析 621
21.3.2 量化和最小化不确定性 622
21.3.3 改进预测模型 622
21.3.4 加强基础理论研究 625
21.3.5 改进修复技术 627
21.3.6 改进检测工具 630
21.3.7 改进监测手段 633
21.4 总结 635
参考文献 635
缩略词表 641
术语表 647