助溶剂强化冲洗技术与生物还原脱氯技术联合修复PCE污染地下水

Nowadays, remediation technologies of contaminated groundwater are in the stage of multiple technology application and comprehensive site restoration. In this project, integration of co-solvent flushing technology and anaerobic reductive dechlorination technology is selected to deal with PCE contaminated groundwater, which is a kind of common pollutant in polluted groundwater. First of all, based on the study of removing large masses of PCE from contaminated source using co-solvent flushing technology, toxicity reduction of residual PCE to microbes, ability of co-solvent providing electron donor, enhancing desorption and increasing solubility, degree of co-solvent and PCE mixing and problems of the two techniques effective combination will be studied. Second, bioremediation of residual PCE also will be studied. Third, the structure changing of dechlorination consortium and dechlorination mechanism of combination different consortium will be demonstrated. Last, the problem of DCE and VC accumulation will be solved by injection nutrients, electron donor, dehalococcoides and reduction of redox potential. If this project is sponsored, we will provide technical and theoretical support for the remediation of chlorinated organic solvent contaminated sites.

目前污染地下水的修复技术正处于多种技术联合以及复杂污染场地修复的研究阶段。本课题拟以污染地下水中常见的氯代有机溶剂PCE为研究对象，选择助溶剂强化冲洗技术与厌氧还原脱氯生物修复技术联合对其污染地下水进行修复研究。在研究助溶剂强化冲洗技术去除污染源中大量的非水溶相PCE能力和效果的基础上，研究残存PCE对微生物毒性的降低程度、残存助溶剂提供电子供体的能力、助溶剂对PCE的溶解度、脱附性能增加的机理、PCE和电子供体的混合程度以及两种技术的有效结合问题；同时研究残存PCE的生物还原脱氯修复效能；探明还原脱氯混合菌群的组成、演变、不同菌之间的协同作用关系及其对PCE的脱氯机理；通过投加营养、电子供体、能将一氯乙烯转化为乙烯的脱氯菌以及降低氧化还原电位方法解决二氯乙烯和一氯乙烯积累的问题。本项目的研究，可为氯代有机溶剂污染场地的修复提供技术和理论支持。

四氯乙烯（PCE）是地下水中常见的典型难降解有毒有机污染物。由于PCE分子的化学氧化程度较高，常规的化学氧化或生物氧化很难将其降解，所以还原降解是PCE污染去除的主要途径。PCE的还原主要是发生加氢还原脱氯作用。加氢还原脱氯技术主要包括：生物脱氯和（电）化学脱氯。生物脱氯有两方面原因限制了其发展：一是目前已发现的能把PCE完全还原脱氯的降解菌只有产乙烯脱卤球菌；二是生物脱氯需要苛刻的还原环境以及其它共存厌氧微生物会竞争利用碳源或氢供体。（电）化学脱氯存在脱氯电压高、脱氯效果差、脱氯不完全等问题。另外，PCE在地下水中通常以DNAPL形态存在，大大地降低了PCE的还原脱氯利用率。因此，本课题开展了生物脱氯、电化学脱氯以及生物-化学联合脱氯修复PCE污染地下水，具体研究内容包括三个部分：（1）助溶剂甲醇强化脱氯菌降解四氯乙烯及微生物群落结构；（2）微生物燃料电池驱动镍掺杂石墨烯复合阴极原位电催化还原地下水中的四氯乙烯；（3）多壁碳纳米管负载铁镍与脱氯菌共固定化还原降解水中四氯乙烯。主要得到以下重要研究成果和结论：.1. 甲醇作为助溶剂冲洗地下水中DNAPL相PCE后，可以再作为脱氯菌的碳源和氢供体，在脱氯混合菌的作用可将PCE生物加氢还原脱氯降解为ETH，基本没有脱氯中间产物的累积，脱氯过程为：PCE→TCE→cis-DCE→VC→ETH，甲醇/PCE的最佳摩尔比为100/1。.2. 制备出一种新的镍掺杂石墨烯阴极材料，粒径为5~10nm的镍纳米颗粒均匀地分布在石墨烯结构上。镍掺杂石墨烯的四氯乙烯电化学还原脱氯电位为-0.24V（vs.Ag/AgCl），显著地低于目前已报道的四氯乙烯还原脱氯电位。镍掺杂石墨烯阴极能够在中性条件下很好地电化学还原地下水中的四氯乙烯，并且没有脱氯中间产物积累。.3. 采用包埋法将多壁碳纳米管负载铁镍材料和脱氯混合菌固定化在一起，还原脱氯降解地下水中PCE，结果发现碳纳米管负载铁镍与脱氯菌共固定化降解PCE效果，优于单独用碳纳米管负载铁镍降解和脱氯菌降解PCE效果以及碳纳米管负载铁镍与脱氯菌未固定化降解PCE效果。