基于地下水中多环芳烃污染修复方法的概述

摘要：多环芳烃作为一种持久性有机污染物在自然界中分布广泛，可对人体和其他生物产生强烈毒性，人类和生态环境面临着巨大风险和挑战。因此，探究对多环芳烃的高效修复是当前地下水有机污染治理的重要问题。本文对比了当前较为热门的几种多环芳烃污染治理技术，旨在为地下水污染修复提供一定参考。

关键词：地下水污染；多环芳烃；固定化；微生物修复

地下水中的多环芳烃（PAHs）大多来自土壤，主要经地表径流、农业污水灌溉或工业污水下渗等途径完成PAHs从土壤到地下水环境中的迁移[1]。水体中的PAHs能直接破坏微生物细胞内有关酶的活性，进而对地下水生态系统中的各类生物产生一系列不利影响。基于不同的修复原理，PAHs污染地下水目前可通过抽出处理法、原位反应墙法、固定化微生物修复法或地下水循环井修复法进行治理。

1.1抽出处理法

抽出处理法（pump & treat，简称P&T）即通过抽水泵直接将受污含水层抽取至地面进行处理的一种方式。其原理是通过地下水的抽取及处理，将污染物从地下水中分离出来，从而降低地下水中污染物的浓度，达到修复地下水的目的。利用该方法可直接将含水层内的多环芳烃带回地面进行处理，虽然操作简便，但运行过程中存在治理时间长、设备成本高等缺点[2]。此外，被抽至地面的多环芳烃还需经过二次处理才能重新注回到含水层中，这增加了修复工作的难度。抽取受污含水层的过程中，多环芳烃向空气中的挥发也是值得考虑的问题。由于液体的物理化学性质各异，P&T技术只对有机污染物中的轻非水相液体（1ight non-aqueous phase liquids）去除效果很明显，而对于重非水相液体（density non-aqueous phase liquids）来说，治理耗时长而且效果不明显。P&T技术动力消耗及设备维护费用高，为了防止大规模的地下水被抽出后引起地地面下沉，还需要采用倒灌技术，这增加了成本负担。

1.2原位反应墙法

原位反应墙法（Permeable reactive barrier，简称PRB）是指在明确地下污染范围的前提下，于污染源下游处开挖沟槽，在与地下水流垂直的方向上人工安装一堵渗透性反应墙的一种方法。反应墙内填充的活性介质是污染物去除的关键。当受污地下水流经反应墙时，墙内填充的活性物质可与多环芳烃发生物理或化学反应，此时含水层中的多环芳烃则通过阻截、固定或降解作用得以去除。Gholami[3]利用可渗透性反应墙技术修复地下水中的萘污染，50 天内萘的去除率达到100%。该法仅适用于处理浅层受污含水层，而对于深层含水层的修复，尚存在较大的施工难度。该技术在国外较为成熟，已在欧美国家实现较多应用，而国内可参考的工程案例较少，因此缺乏修复经验。PRB处理技术虽对地下水环境扰动较小，可实现地下水污染原位修复，但其可能会在修复过程中产生堵塞，从而直接影响修复效果。

1.3固定化微生物修复法

微生物修复法也是治理地下水多环芳烃污染的有效手段，主要通过地下含水层中天然存在的微生物对污染物进行降解。固定化技术是指通过化学或物理手段将人工筛选的游离微生物限制于一定的空间区域，使其保持活性并可以反复利用的一种技术[4]。这项新兴技术的运用可提高相同空间内微生物的浓度，从而促进目标污染物的降解。包埋法是微生物固定化的有效手段，通过以聚合物为包埋剂，将菌种包埋在凝胶载体内的一种方法，最终形成具有一定机械强度的颗粒。聚乙烯醇（Polyvinyl alcohol，简称PVA）是一种有机合成线性高分子聚合物，是目前发现的唯一具有水活性的有机高分子聚合物，其在水中也具有较好的稳定性。自然状态下的PVA为白色片状、粉末状或絮状固体，无臭无味[5]。基于海藻酸盐凝胶的固定化微生物法具有安全、制备简单、反应条件温和以及成本低廉的特点，适用于大多数微生物细胞的固定化。

2.固定化微生物修复研究现状

相比于游离菌，有固定化载体保护的功能性微生物具有更高的稳定性和微生物活性，在修复过程中固定化微生物更加经济且适合储存，进而在地下水有机污染物修复领域拥有更加广阔的应用前景。最早的固定化微生物技术需追溯到上世纪60年代，固定化方法可以保护嵌入的微生物不直接接触不利的外部环境[6]。有研究者利用固定化假单胞菌和游离假单胞菌分别降解甲苯，以包埋的方式制得固定化降解菌，结果表明固定化细胞体系对污染物的降解效率更高[7]。王佳蕊[8]等人对苯酚降解菌进行固定化研究，发现固定化微生物对苯酚的降解率比游离微生物更高。这种有益的包埋方法还可以帮助微生物代谢物质的生长、繁殖和扩散，延长固定化细菌的寿命，提高活性。现有研究表明，固定化载体的选择对污染物的降解也至关重要。研究者用海藻酸钠和聚氨酯分别固定假单胞杆菌降解p-甲酚，并进行动力学研究。实验结果表明，用海藻酸钠包埋的降解菌最大反应速率大于用聚氨酯固定的降解菌[9]。

结束语

对于地下水有机污染，相比于抽出处理法和原位反应墙法，微生物修复法反应过程中无二次污染产生，在修复成本上也表现出明显优势。传统的有机污染修复常采用投加菌液的方式进行，仅以微生物对多环芳烃污染进行治理虽能取得较好的修复效果，但常用的游离菌在反应过程中易团聚而降低反应活性，而采用固定化手段可有效改善这一缺陷，增加微生物的分散性。固定化技术通过微生物与载体相结合的方式有效对微生物进行分散，克服了游离菌群易团聚的缺陷。且与传统悬浮生物处理法相比，固定化手段提升了微生物对外界环境的适应性和对污染物的降解能力。

参考文献

[1]陈文英.2022.固定化微生物强化循环井技术修复萘污染地下水研究[D].成都理工大学.

[2]蒲生彦，陈文英，王宇，等.2020.可控缓释技术在地下水原位修复中的应用研究进展[J]. 环境化学， 39（8）： 2237-2244.

[3]龚香宜，何炎志，孙云雷.2015.江汉平原四湖流域上区地下水中多环芳烃分布特征与源解析[J]. 环境科学学报， 35（3）： 789-796.

[4]刘维涛，李剑涛，郑泽其，等.2021.微生物固定化技术修复石油烃污染土壤[J].应用技术学报， 21（4）： 339-347.

[5]缪佳，毛妙杰，李菁，等.2022.微生物固定化技术在污水处理领域的研究进展[J]. 福建师范大学学报（自然科学版）， 38（1）： 117-124.

[6]韩嘉碧，吴慧芳，庄子孟，等.2020.固定化微生物技术用于废水处理的研究进展[J]. 江西化工， 4： 50-51.

[7]曾军，吴宇澄，等.2022.多环芳烃共代谢对苯并[a]蒽微生物降解的影响及机制[J].中国环境科学， 42（2）： 7.

[8]徐莹，魏欣，李美. 2022.地下水中多环芳烃有机污染物的微生物修复研究进展[J].上海船舶运输科学研究所学报， 42（2）： 71-73+82.

[9]王佳蕊，魏炜.2017.固定化微生物细胞技术对处理含酚废水的研究[J].科技经济导刊， 25： 65.

作者简介：陈文英，1996年4月，女，汉族，四川德阳人，助理工程师，工学硕士，研究方向：环境工程。