乳化植物油生物反应带原位修复硝基苯污染地下水效能研究

Emulsified vegetable oil is able to slow release electron donors in anaerobic subsurface environment, and provide carbon source and energy for the microorganisms growth and pollutants dgradiation. It is feasible to enhace in situ anaerobic remediation of organic pollutants contanminated groundwater, and shows a promising field application potential. The objectives of this project are to investigate the biochemical properties of emulsified vegetable oil and its transportation and distribution characeristics in homogeneous and heterogeneous aquifer; to clarify the hydrogeological effects of emulsified vegetable oil injection and its effect on enviromental behaviors of pollutants; to determine nitrobenzene degradiation processe enhanced by emulsified vegetable oil and establish its kinetics model; to clarify influencing factors on the pollutats degradiation efficiency of bioreactive zone; to investigate biological and biogeochemical degradation mechanisms of bioreactive zone; to analysis the temperical and spacial variation characteristics of microbial commulity structure and substrate composions in the bioreactive zone and identify the dominant strains; to comprehensive evaluate the remediation efficiency of emulsified vegetable oil enhanced bioreactive zone and its efects on groundwater qulity and aquifer media. The findings of this project will provide strong theory surpport and technique guide for the application of bioreactive zone in the remediation of contaminated site of our country.

乳化植物油在厌氧地下环境中能够长期缓慢释放电子供体，为微生物的生长和有机污染物的降解提供碳源和能源，在有机污染地下水的强化原位厌氧生物修复中具有很好的可行性和应用前景。本项目拟重点研究乳化植物油作为电子供体的生物化学特性及其在均质和非均质含水层介质中的运移和分布特征；弄清乳化植物油注入含水层后的水文地质效应及其对硝基苯环境行为的影响；确定乳化植物油强化降解硝基苯的动力学过程并建立模型；明确影响生物反应带修复效能的主要控制因素；揭示生物反应带中微生物降解和生物地球化学降解作用机理；分析生物反应带动态发展演化过程中各阶段的微生物种群结构和物质组成的时空变化特征，并识别优势菌群；综合评估乳化植物油生物反应带修复硝基苯污染地下水的效能及其对地下水水质和含水层介质的影响。本项目的研究可为我国生物反应带修复技术在污染场地的应用提供有力的理论支持和技术指导。

硝基苯是地下水中常见的有机污染物之一，属于重非水相液体（DNAPL），具有较低的水溶性和较高的稳定性，其造成的地下水污染的恢复治理也是一个难题。向DNAPL污染地下环境添加有机质强化原位生物修复污染地下水是有效方法之一。乳化植物油在厌氧地下环境中能够长期缓慢释放电子供体，为微生物的生长和有机污染物的降解提供碳源和能源，在有机污染地下水的强化原位厌氧生物修复中具有很好的可行性和应用前景。本项目重点研究了乳化植物油在含水层中的运移分布及水文地质效应；影响生物反应带修复效能的主要控制因素；乳化植物油生物反应带修复机理及效能评估等内容。结果表明，乳化植物油能缓慢释放电子，1g/L乳化植物油能可持续45天以上；乳化油注入后渗透系数在短时间内略有降低，其在含水层介质中的迁移能力主要受地下水流速的影响；硝基苯降解是微生物异化铁还原协同降解结果，乳化油通过β−氧化生成小分子有机酸−乙酸，将Fe(III)还原为Fe(II)，Fe(II)将电子转移给硝基苯，硝基苯被还原为苯胺；反应带上游具硝基苯降解能力的假单胞菌属大量生长；反应带中心狭义梭菌属大量生长，具有降解硝基苯能力；反应带下游节细菌属、地杆菌属、不动杆菌属为优势种群，节细菌属和地杆菌属具铁还原功能，不动杆菌属和节细菌属可生物作用降解苯胺；含水层介质的中位径为硝基苯降解过程中的显著性影响因素，建立了基于米门方程的硝基苯还原和苯胺生成动力学模型，并以显著性影响因素（介质中位径）对硝基苯还原动力学模型进行了修正。模拟反应器运行135天进入硝基苯总量为178400mg，其中3.57%随出水流出模拟槽；3.39%吸附于模拟槽介质表面；79.31%被还原为苯胺，13.73%被生物作用直接降解。硝基苯还原产生苯胺量为141489mg，其中出流6.12%，吸附3.67%，生物降解率90.21%。乳化油原位生物反应带技术具有良好的经济性，修复每立方米100 mg/L 硝基苯污染地下水，成本为19.9元。因此，该技术具有较好的实际应用前景。