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虽然地下水中TCE通过好氧共代谢可以得到很好的降解,最终能完全矿化为无毒产物CO2,且不存在有毒中间产物。但是大部分受到TCE污染的地下水都处在缺氧环境下,不能供给好氧共代谢足够的氧气,这限制了好氧生物法在地下水中的应用。
1.3.2 厌氧生物法
大部分研究指出,TCE在缺氧的地下水环境中主要发生氢解作用即还原脱氯,依次生成二氯乙烯(DCE)、氯乙烯(VC)和乙烯等产物。P. K. Sharma等通过研究发现,环境中没有氧气、硝酸盐和高浓度发酵化合物时,在低还原条件甚至氧化条件下TCE就能脱氯形成顺1,2-二氯乙烯。但顺1,2-二氯乙烯到氯乙烯以及最后转化为乙烯的过程只能发生在硫还原或产甲烷条件下,还要求氧化还原电位小于-200 mV,可是低氧化还原电位环境在含水层中较少出现。
在厌氧生物处理过程中,电子供体是否充足是厌氧降解能否完全的关键因素。W. M. Wu等使用复杂的有机材料厌氧降解TCE,发现蔗糖蜜和木质纤维素等材料都可以作为基质和电子供体,在产甲烷条件下将TCE还原脱氯为乙烯。M. Eguchi等通过注射甲烷对TCE进行原位降解,将甲烷、氧气、硝酸盐和磷酸盐引入TCE污染的地下水,经一周的生物刺激后,甲烷浓度逐渐下降。表明使用甲烷这一安全的技术对受TCE污染的区域进行生物修复是很有效的方法。R. A. Brennan等用Desulfuromonas michiganensis strain BB1菌降解四氯乙烯(PCE),壳质和玉米棒为其提供电子供体时,PCE的降解速率加快,但是只用玉米棒作为电子供体时,降解速率并没有显著提高,还需用石灰石来调节pH。而壳质则是一种既经济又持续作用时间长的电子供体,且不需石灰石对pH进行调节就可维持一个合适的pH环境。然而,上述厌氧生物处理都不能彻底地将PCE或TCE脱氯为无毒产物乙烯。
从被氯代有机物污染的土壤、河底沉积物中发现产乙烯脱卤拟球菌(Dehalococcoides ethenogenes)被报道以来,Dehalococcoides spp.是目前唯一能将四氯乙烯和三氯乙烯完全脱氯为无毒产物乙烯的一类细菌。现在已经有了较多对这类细菌的研究,包括温度、电子供体、不同氯化物对其降解性能的影响。修宗明等进行了纳米铁为此种脱氯菌供电降解三氯乙烯的实验,发现菌液脱氯活动在无电子供体时不能维持,纳米铁单独降解的速率也低于耦合时的降解速率。纳米铁与脱氯菌耦合产生的乙烯量并没有甲醇做电子供体时多,表明纳米铁可能对微生物有毒性效应。实验中,纳米铁腐蚀产生的氢气可以为脱氯菌提供电子,但OH-引起的高pH会抑制微生物生长,因此需要缓冲溶液来调节pH。
综上所述,好氧生物降解和厌氧生物降解都需外加共代谢基质或电子供体。外加可以提供电子供体的物质可以很好地促进厌氧脱氯过程,但是如何维持合适的pH、得到较低的氧化还原电位的问题还没有得到很好的解决。
2 结论与展望
目前,三氯乙烯的处理方法很多,但是还存在着去除不彻底、成本高等问题。利用脱氯菌厌氧降解TCE是一种经济有效的处理方法,且其最终产物是乙烯,实现了无害化处理。但厌氧生物降解TCE时,不仅需要合适的电子供体,还需要合适的pH环境、较低的氧化还原电位。通常可通过加入NaHCO3、HEPES等缓冲溶液来调节pH,但对于需要大面积处理的地下水来说,此类方法较繁琐且会增加成本,还可能使氧化还原电位升高而影响脱氯菌的降解效果。电气石作为一种天然矿物,具有永久电极作用,形成静电场、产生负离子、吸附性能好等特点,可调节pH、降低氧化还原电位、降低水分子的缔合度、改善细胞的微循环、促进细胞繁殖。在环境保护中也已有了较多的研究。基于此,本课题组提出外加电气石为脱氯菌降解TCE提供适宜的反应条件(pH、氧化还原电位等),形成电气石协同脱氯菌降解TCE的研究思路,这将是一种更环保、更有效处理地下水中三氯乙烯污染的方法,值得研究推广。
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