pH值对"零价铁-还原脱氯菌"体系降解氯代芳烃过程的影响及机理

"零价铁-厌氧微生物"体系具有明显的协同效应，但其机理尚不明确。pH值是调控该体系性能的关键参数。本项目拟从前期研究体系分离还原脱氯菌，构建pH值5～10的"零价铁-还原脱氯菌"体系降解典型氯代芳烃，通过pH值在线检测，HPLS、GS/MS、XRD 、SEM和AFM等分析手段，研究该体系铁的各种形态与pH值变化的关系，考察铁的存在形态随反应历程的变化和反应前后零价铁表面及其微生物特征；重点研究不同pH值条件下铁存在形态对降解效果的影响，探讨铁存在形态对微生物呼吸代谢活性的影响，结合还原脱氯菌在液相和铁表面的分布特性和目标物的降解路径，明确铁存在形态对目标物降解的相对贡献率，解析零价铁产生的物理吸附、电子效应、营养作用、界面作用及絮凝作用等对还原脱氯的影响；综合地阐明零价铁与还原脱氯菌的耦合机理，为"零价铁-厌氧微生物"体系处理氯代有机物新方法的推广应用奠定理论基础。

本项目针对单独零价铁或单独微生物体系降解氯代芳烃存在技术难题，开展“零价铁-微生物”耦合体系对典型氯代芳烃厌氧降解过程的研究，主要进行了pH值对该体系铁存在形态、微生物活性和目标物降解效果的影响及其机理的研究，得到如下重要结果：. 1、初始pH值直接影响铁腐蚀和微生物脱氢酶活性，通过微生物代谢和铁腐蚀过程间接影响体系实时pH值和铁存在形态的变化；还原脱氯菌对氢的代谢、发酵菌的产酸过程以及脱氯过程产生的腐蚀性离子（如Cl-等）都能促进零价铁腐蚀，使之不易钝化。. 2、在“零价铁-微生物” 耦合体系厌氧降解氯代芳烃过程中，不同价态铁及其浓度的变化最后是一个化学与生物反应的平衡过程，即零价铁腐蚀的化学转化过程（Fe0→Fe2+ → Fe3+）与三价铁还原菌的生物转化过程（将Fe3+还原为Fe2+）的平衡，致使Fe2+和Fe3+浓度趋于稳定，以Fe2+居多，Fe3+很少。. 3、“零价铁-微生物”耦合体系对氯代芳烃的厌氧降解过程经历了一个吸附转化→再扩散→微生物降解的过程。在常温常压、实验初始pH值在5.0~10.0范围的条件下，零价铁对氯代芳烃的化学还原反应速率非常缓慢，在整个过程以生物降解为主导，零价铁具有协同强化作用，其强化作用机制主要表现为：（1）零价铁对微生物厌氧降解实时pH值的变化具有较强的缓冲调节作用，使其稳定在适宜微生物生长的范围。（2）零价铁及其腐蚀产物Fe2+（Fe0 -2e→Fe2+ -e→ Fe3+）为微生物还原脱氯过程提供电子，从而提高微生物脱氢酶活性。（3）铁元素的存在为三价铁还原菌提供了重要生存条件，而三价铁还原菌将Fe3+还原为Fe2+的过程对生物还原脱氯具有协同作用。（4）零价铁对微生物生长具有界面富集作用。. 4、“零价铁-微生物” 耦合体系对氯代芳烃的降解主要有两种途径，一是先邻位后对位的逐级脱氯降解，2,4,6-TCP → 2,4-DCP → 4-CP→苯酚；二是当共基质葡萄糖浓度较高时（大于2000mg/L），降解路径以共代谢“开环裂解”为主。. 5、在相同条件下，“零价铁-混合菌”体系对2,4,6-TCP的降解效果和微生物生长速率均优于“零价铁-纯菌种”体系，进一步研究发现：厌氧还原脱氯需要多种微生物的参与，共存微生物群体的协同代谢对还原脱氯过程具有促进作用。