图1中试研究原位注入示意图（左）及地下水监测井中氯代烃浓度变化（右）
图2获奖证书
氯代脂肪烃（chlorinated aliphatic hydrocarbons, CAHs）是世界范围内常用的化工原料和有机溶剂，由于意外泄漏和不当处置，此类污染物在土壤和地下水中广泛存在。大部分CAHs具有高密度、低粘度，易随重力作用垂向迁移至含水层底部形成大面积污染羽，由于其在自然含水层存在持久性环境污染且对人体具有“三致”效应，成为当今世界地下水污染防治领域的研究热点及难点。此外，实际污染含水层由于受长期工业生产活动或自发的化学/生物作用的影响，往往存在多种类型CAHs的复合污染，且近年来高频检出、超标严重的难降解饱和CAHs在国内占有较大比重。
零价铁（zero valent iron, ZVI）化学还原协同生物作用被证实是目前最具潜力的脱氯手段，北科院资环所吴乃瑾副研究员及团队针对该协同修复技术，于某化工搬迁地块氯代烃污染区开展了国内较为领先的中试研究工作。在取得大量宝贵现场数据的基础上，发现脱氯产物分布受污染物组成、生物地球化学参数、水文地质条件等异质性影响较大，且目前为止地下水中氯代烃的协同降解增效机理还不明晰，因此难以快速根据地块特征调控修复药剂组分及关键技术节点。
基于此，研究团队进一步从实际应用中亟待解决的科学问题出发，通过采集实际污染场地地下水及含水层土壤，聚焦难降解饱和CAHs污染物，开展了ZVI化学还原、生物刺激及二者协同作用条件下氯代乙烷的协同降解机理及关键环境因子SO42-的作用机制研究。结果表明：SO42-在ZVI表面形成配合物的结构特性导致不同粒径ZVI对氯代乙烷的降解存在差异，且生物刺激所选用的电子供体类型对细菌群落的影响比其浓度更为显著。微米ZVI-生物刺激协同体系中，氯代乙烷的脱氯效率较单一化学还原体系提升1个数量级，通过ZVI快速改善地下环境从而加快生物脱氯的启动时间是该协同体系增效的主导机制。纳米ZVI-生物刺激协同体系中，SO42-在适宜浓度范围内，产物氯乙烯在90天内的深度脱氯效率可提升9.51%±4.07%。由于该地块始终未检测到可介导氯乙烯进一步转化为乙烯的脱卤呼吸菌Dehalococcoides（Dhc）和Dehalogenimonas（Dhgm），结合脱氯产物和地下水优势菌的相关性分析推测，SO42-可能通过强化纳米ZVI表面硫化作用提升了后期氯代乙烷的非生物脱氯效率。研究成果初步形成了基于差异化污染地块特征可调控的深度脱氯技术，为氯代烃污染地下水风险管控/治理技术的决策提供了科学依据。
以上研究工作得到国家自然科学基金青年项目、北京市科技计划课题以及北科院创新工程项目的支持，并在国内外重要学术期刊发表SCI论文3篇（包括中科院一区TOP期刊1篇），中文核心期刊论文2篇（EI收录），授权国家发明专利2项及实用新型专利1项，形成的“地下水原位深度脱氯技术”获第八届环保创新创业大赛创新项目奖。
(吴乃瑾 文/图)