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ICSR技术是利用一些化学修复药剂的强还原性,通过还原、吸附、沉淀或隔离等作用,将地下水中重金属类物质还原为低价的稳态或单质形式,以达到降低其毒性和稳定性的目的。常用于地下水中的铬(VI)、砷(V)等重金属修复。
原位化学修复技术具有去除重金属效率高,投入成本相对较低,修复周期较短等优势。然而,如果地下水中伴有多种重金属污染,采用该法去除一种重金属污染时,可能会造成另外一种重金属污染。另外,氧化还原剂本身的健康与安全问题以及可能引起重金属迁移等问题也限制了原位化学修复技术的应用。
2.2.4 原位生物修复技术
原位生物修复技术(In-situ Bioremediation)是指基本上不破坏原始地下水自然环境,利用地下水中原有的或者人工培养的具有特定功能的微生物群,原位降解地下水中污染物的技术。如污染场地土壤和地下水中往往分布着产碱菌属(Alcaligenes)、芽孢杆菌属等多种可以使铬酸盐和重铬酸盐还原的微生物,可将高毒性的Cr6+转化为低毒性的Cr3+。
利用趋磁细菌去除重金属污染也取得良好的效果,趋磁细菌能够吸收外界环境中的铁元素,并在体内形成具有磁性的铁化合物,在外界磁场的作用下,该菌能沿着磁力线的方向作定向移动,将趋磁细菌加入废水中,吸附完成后在磁场分离器中将其分离。研究结果表明该方法可将含Fe2+废水、Cr3+废水以及含Ni2+废水中的重金属离子去除95%以上。
对于含重金属的酸性矿井废水,利用自然界硫循环原理进行厌氧生物处理和原位修复技术,具备无二次污染,处理效率高等优势,其中利用硫酸盐还原菌进行修复备受关注。硫酸盐还原菌(SRB)能把硫酸盐、亚硫酸盐等硫氧化物以及元素硫还原成硫化氢。该菌降解重金属主要有4条途径:(1)厌氧条件下,SRB将SO4 2-异化还原为H2S,重金属离子与H2S结合生成金属硫化物沉淀;(2)SO4 2-转化为S 2-的同时PH升高,进而利于重金属离子生成氢氧化物沉淀;(3)SRB产生的胞外聚合物吸附废水中的重金属离子;(4)SRB分解有机物生成CO2,部分重金属和CO3 2-反应生成不溶性的碳酸盐沉淀。
除SRB还原菌外,Charles等对比SRB和硒酸盐还原菌(Selenite-reducing bacteria ,SeRB)去除硒酸盐,以醋酸作为电子供体,发现降解途径为SRB将硒酸盐还原为硫化硒沉淀,SeRB将硒酸盐还原为硒单质,2者均能有效的将硒酸盐污染物去除。
自2005年,Reguera等发现胞外呼吸菌Geobacter sulfurreducens DL1的菌毛具有导电性,并将这种生长在细胞周边的聚合蛋白微丝命名为“微生物纳米导线”(microbial nanowires),由此引发了关于微生物纳米导线的研究热潮。之后研究发现Shewanella oneidensis MR-1、Synechocystis PCC6803、Pelotomaculum thermopropionicum 类似的长十几微米的生物导线。在污染修复领域,Geobacter和Shewanella 金属还原菌利用纳米导线电子传递机制,可远距离传输电子,使菌体摆脱了需要直接接触电子受体才能进行电子传递空间限制,提高了电子传递效率。如Geobacter可通过菌毛将电子从细胞内传递到胞外,将U(VI)还原成不溶性的U(VI) ,并将U(VI)吸附在菌毛周围,形成不溶性的纳米粒。
除异位和原位修复技术外,还有监测天然衰减技术(Monitoring Natural Attenuation Technology ,MNA)MNA技术通过修复场地的自然衰减作用,使污染物的含量和总量得以减少,从而使特定地点的污染在一定时间内完成污染修复。该技术具备生物修复技术的优点,但要求修复场地本身有较高的自然衰减能力。因此MNA技术适用于污染程度较轻、自然衰减能力较强的地区。
3、结语与展望
地下水重金属污染与人民群众健康密切相关,重金属具有不可生物降解、易于在生物体内富集以及生物毒性等特点,加上地下水地质条件的复杂性,造成地下水重金属污染修复更具危害性和隐蔽性。随着对修复技术研究的不断加深,目前各种修复技术已经成功运用于地下水污染治理。综合国内外研究进展,结合我国国情,提出地下水重金属污染防治以下思路:
(1)土壤和地下水密切相关,在土壤-地下水重金属污染迁移转化规律方面,根据迁移模型,可先修复土壤重金属,进而防止污染地下水体或减轻后续处理强度。
(2)除PRB技术和电化学修复技术已经商业化应用外,生物修复技术的研究目前多着重于实验室的模拟修复,在应用于实践方面还有待于进一步增强。注重筛选高效、降解特定重金属的微生物,实现规模化、产业化的实践应用。
(3)值得关注的是原位生物修复技术,在寻找降解特定重金属的微生物过程中,结合现代基因手段修饰G sulfurreducens 等产纳米导线的微生物,从而提高重金属污染修复效率。
现代修复技术应该是绿色意义的,完成地下水污染修复的同时,维护正常的地下生态系统结构和功能。同时,地下水污染修复影响因素较多,单一的修复技术都有各自的适用范围,因此,在实践过程中,联合物理、化学和生物修复的多种方法,高效、低能耗的实现修复目标。
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