EVO强化原位生物反应带修复TCE-重金属复合污染地下水机制研究

Trichloroethylene(TCE) and heavy metals co-contamination has a serious threat to the groundwater safety and human health, so, to seek an economic and effective remediation technology has a good theoretical and practical significance. The injection of emulsified vegetable oil (EVO) into underground can stimulate the reductive dechlorination of TCE, and at the same time it will also stimulate microbial mineralization through the biogeochemical cycle of iron, to stabilize a variety of heavy metals into the secondary mineral, but there was no research on this subject. In this project, the theory of microbial mineralization is introduced to the site remediation field, to conduct the mechanism of TCE and heavy metals co-contaminated groundwater in situ remediation by EVO bioreactive zone. The impact of pollution level on the remediation efficiency will be studied firstly, to determine the pollutants threshold values of EVO bioreactive zone. Then, the remediate pathway and efficiency of TCE and heavy metals will be stepwise investigated within this range. Furthermore, the precipitation conditions of heavy metals will be studied and controlled. Finally, a mechanism model of EVO enhanced biochemical remediation of TCE and heavy metals co-contaminated groundwater will be established. The finding of this project will provide a new economic and effective way for the remediation of chlorinated solvents and heavy metals co-contamination site.

三氯乙烯（TCE）-重金属复合污染严重威胁着地下水安全和人体健康，因而寻求经济有效的修复技术具有重要的理论和现实意义。向地下环境注入乳化植物油（EVO）原位生物厌氧修复TCE的同时，会激发基于铁元素循环的微生物成矿作用，将多种重金属离子固定到次生矿物中稳定存在，目前这方面的研究资料十分匮乏。因此，本项目将微生物成矿理论引入场地修复领域，开展EVO原位生物反应带修复TCE-重金属复合污染地下水机制研究。首先考察EVO原位生物反应带在TCE-重金属污染场地上的适用阈值；然后在此范围内分别对TCE、可还原重金属和不可还原重金属的修复产物和途径进行研究；进一步考察并调控重金属的沉淀条件；最后在实验基础上综合分析TCE-重金属复合污染修复机理，提出EVO原位生物反应带修复TCE-重金属复合污染地下水机理模型。本项目的研究为有机氯溶剂-重金属复合污染场地提供一种经济有效的修复新途径。

由于城市与工业“三废”的不合理/不达标排放和农牧区农药化肥的大量使用，使得我国地下水多呈现复合污染的现状。乳化植物油（EVO）原位技术具有同时修复多种污染物的潜在能力，EVO的注入不仅可以强化土著微生物生长代谢直接降解污染物，还可以选择性的催化某一类污染物的生物化学还原，在复合污染地下水的原位修复中具有良好的可行性和应用前景。本项目重点研究了EVO原位技术的污染物修复阈值，硝酸盐−重金属复合污染地下水的修复机理，影响硝酸盐降解和重金属沉淀的主要因素等内容。结果表明，复合污染体系中EVO和污染物之间存在明显的交互作用，硝酸盐的存在会促进Cr(VI)的去除，Cr(VI)会对硝酸盐的降解产生抑制作用，而EVO作为唯一的外源电子供体，其添加量对修复阈值有重要影响，当EVO浓度为10.8 g/L，可得到最大修复阈值。添加EVO会促使硝酸盐降解功能菌和铁还原功能菌的定向增长，同时能够降解长链脂肪烃产生乙酸的功能菌也大量生长，为体系中污染物的降解提供了良好的条件。EVO原位技术可以有效去除地下水中的硝酸盐、Cr(VI)和Zn2+，含水层介质粒径是影响污染物降解效率的主要环境因素。硝酸盐的降解归因于土著微生物的厌氧还原，EVO的添加可以强化Azospirillum、Pseudomonas、Herbaspirillum等具有硝酸盐还原能力的细菌生长，将硝酸盐还原降解。对于可还原性重金属Cr(VI)，主要的降解途径是生物次生Fe(II)的催化还原，1) Cr(VI)被微生物异化铁还原（主要功能微生物：Geobacter和Magnetospirillum）生成的Fe(II)还原为Cr(III)，2) Cr(III)通过基于铁循环的生物成矿作用被固定在含水层介质中。对于不可还原重金属Zn2+，1)在含水层自净作用下被从地下水中去除，2)进入介质中不稳定形态的Zn(II)随着生物成矿作用的进行转化为相对稳定的形态。综上所述，EVO原位技术可以将生物修复与生物矿化作用有效结合，是修复硝酸盐和重金属污染地下水的有效方法，且修复过程中不会累积有毒中间产物，大大降低二次污染的风险。因此，该技术具有良好的实际应用前景。