多孔介质中三氯乙烯自然衰减的吸附-解吸机制研究：速率限制过程对低渗透介质长期释放的影响

针对低渗透介质中三氯乙烯（TCE）长期释放影响自然衰减（MNA）效率的问题，研究人员通过批反应实验和柱迁移实验，结合“双位点”吸附模型（two-site sorption），量化了速率限制性吸附-解吸参数（f=0.2-0.6，k=0.3-3 day?1），揭示了吸附-解吸过程与反向扩散（back diffusion）共同决定TCE持久性的机制，为氯代溶剂污染场地的MNA评估提供了关键理论依据。

　　

三氯乙烯（TCE）作为典型的氯代溶剂，曾广泛应用于工业领域，但其不当处置导致的地下水污染问题持续数十年。尽管自20世纪70年代起产量下降，残留污染仍通过“反向扩散”（back diffusion）和吸附-解吸过程长期释放，威胁生态环境。目前，监测自然衰减（Monitored Natural Attenuation, MNA）是管理稀释氯代溶剂羽流的主流策略，但以往研究多聚焦生物降解过程，对吸附-解吸等非生物过程的贡献认识不足。尤其低渗透介质中TCE的长期释放机制尚不明确，制约了MNA的精准评估。

为解决这一问题，由Brown大学和战略环境研究与发展计划（SERDP）资助的研究团队在《Journal of Contaminant Hydrology》发表论文，通过多尺度实验与模型模拟，揭示了速率限制性吸附-解吸对TCE自然衰减的关键影响。研究选取四种天然土壤（Arkport、Mardin、Appling、Hudson），结合批反应实验测定线性分布系数（K_D=0.39-1.00 mL/g），并通过柱迁移实验模拟动态流动条件，利用“双位点”吸附模型（two-site sorption）拟合参数：瞬时平衡吸附位点比例（f=0.2-0.6）与时间依赖位点吸附速率（k=0.3-3 day^?1）。

主要技术方法

1. 批反应实验：测定四种土壤的TCE平衡吸附数据，计算线性分布系数K_D；
2. 柱迁移实验：模拟不同流速（含流动中断期）下的TCE释放动力学；
3. 数值模拟：基于“双位点”模型（瞬时平衡位点+动力学控制位点）反演吸附参数；
4. 长期释放预测：通过参数化模型评估低渗透介质中TCE的持久性。

研究结果

1. Materials：Hudson土壤因高有机质含量表现出最大K_D值（0.99 mL/g），显著高于其他土壤（约0.45 mL/g）；
2. Batch sorption and desorption studies：吸附等温线线性拟合优度R²>0.9，证实线性模型适用性；
3. 速率限制参数：f值范围（0.2-0.6）反映吸附位点异质性，k值（0.3-3 day^?1）表明动力学控制位点的解吸速率差异显著；
4. 模型模拟：低渗透介质中，速率限制性解吸可延长TCE释放时间尺度，与反向扩散协同导致羽流长期存在。

结论与意义
该研究首次量化了吸附-解吸动力学参数对TCE自然衰减的贡献，证明低渗透介质中速率限制性过程与反向扩散同等重要。通过“双位点”模型参数化，为预测污染场地修复时间框架提供了新工具。例如，f值越低（即动力学控制位点占比越高），TCE释放越缓慢，MNA评估需相应调整。此外，Hudson土壤的高K_D值提示有机质含量是吸附能力的关键驱动因子。这些发现弥补了传统MNA模型忽略吸附动力学的缺陷，对优化氯代溶剂场地的长期管理策略具有重要实践意义。

讨论延伸
作者指出，未来研究需结合场地特异性参数（如含水层异质性、有机质分布）扩展模型应用。此外，吸附-解吸与生物降解的耦合机制仍需探索，以全面理解自然衰减的协同效应。该成果为《污染场地修复技术指南》的修订提供了科学依据，尤其适用于低渗透层广泛分布的复杂水文地质环境。