Research progress on remediation of chlorinated aliphatic hydrocarbon contaminated groundwater by zero-valent iron combined with microorganisms

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2023-1251

Abstract

Abstract:

Chlorinated aliphatic hydrocarbons (CAHs) are widely used as chemical raw materials, but carcinogenic, teratogenic and mutagenic toxic for human health. When CAHs enter the groundwater during the production process because of irregular leakage or discharge, they will cause groundwater contamination, which will be harmful to human life health and ecology environment. Up to now, many functional materials, especially zero-valent iron and its composite materials, have been applied to remediate CAHs contaminated groundwater, and the combined application with microorganisms can be of good effects. In this paper, the function types and mechanisms of ZVI composite materials and microorganisms applied to remediation of CAHs contaminated groundwater were summarized, and the coupling mechanisms of ZVI composite materials combined with microorganisms to remove CAHs in polluted groundwater were emphatically summarized. Meanwhile, the application examples of biostimulation, bioenhancement, and sulfate-reducing bacteria were analyzed to provide reference for the further improvement and application of remediation technology for CAHs contaminated groundwater. The further researches on remediation of CAHs polluted groundwater should focus on the preparation of new functional ZVI or other composite materials and excavation of the microbial resources and applying them to practical treatments of comtaminated groundwater. It also should explore the combined mechanism between environmental functional materials and bioremediation. It was also necessary to pay attention to the relationship between the complicated components of groundwater and the variation of the original environment in the process of remediation, and to emphasize on the computational simulation of field or the other related studies.

Key words: zero-valent iron, microorganisms, CAHs, groundwater, combined remediation

摘要：

氯代脂肪烃（Chlorinated aliphatic hydrocarbons，CAHs）是广泛使用的化工原料，具有致癌、致畸、致突变等毒性作用，在生产过程中若由于泄露或排放不规范等原因进入到地下水中会造成地下水污染，进而危害到人体的生命健康和环境生态安全。目前，许多环境功能材料特别是零价铁（Zero-valent iron，ZVI）及其复合材料已被广泛应用于修复CAHs污染地下水中，且在与微生物联合应用中获得良好的修复效果。综述了应用在CAHs污染地下水修复中的ZVI及其复合物与微生物的类型，重点总结了ZVI及其复合物与微生物联合去除地下水中CAHs的耦合作用机制，从联合生物刺激、联合生物强化和负载非直接降解微生物方面分析了现有的应用实例，为进一步开发和应用CAHs污染地下水修复技术提供参考。指出了未来CAHs污染地下水的修复研究应从开发ZVI或其他新型复合功能材料、分离和培养高效降解菌种及菌群种质资源等方面着手，并将其应用于CAHs污染地下水的实际处理中，进一步探索环境功能材料与生物修复的联合作用机制；同时还需要关注修复过程中地下水复杂组分与原生环境变化的关系，增加现场计算模拟等相关研究。

关键词: 零价铁, 微生物, 氯代脂肪烃, 地下水, 联合修复

CLC Number:

X52
X703

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Figures/Tables 3

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材料	投加量/（g·L^-1）	目标污染物	污染物初始质量浓度/（mg·L^-1）	去除率/%	文献来源
nZVI	1	CT	2	96.7	〔29〕
生物炭负载ZVI	2	TCE	25	98	〔16〕
铁/镍双金属	4	TCE	23.7	99.59	〔24〕
铁/钯双金属	8	CT	5	99.88	〔25〕
铁/铜双金属	ND	CT	16	97.90	〔10〕
羧甲基纤维素包覆nZVI	6	TCE	17.9	85	〔9〕
聚乙二醇包覆nZVI	8	CF	7	100	〔30〕
硫化nZVI	1	TCE	100	90	〔26〕

材料	投加量/（g·L^-1）	目标污染物	污染物初始质量浓度/（mg·L^-1）	去除率/%	文献来源
nZVI	1	CT	2	96.7	〔29〕
生物炭负载ZVI	2	TCE	25	98	〔16〕
铁/镍双金属	4	TCE	23.7	99.59	〔24〕
铁/钯双金属	8	CT	5	99.88	〔25〕
铁/铜双金属	ND	CT	16	97.90	〔10〕
羧甲基纤维素包覆nZVI	6	TCE	17.9	85	〔9〕
聚乙二醇包覆nZVI	8	CF	7	100	〔30〕
硫化nZVI	1	TCE	100	90	〔26〕

微生物	代谢机理	目标污染物	最终产物	参考文献
Xanthobacter autotrophicus GJ10	直接好氧氧化	1，2-DCA	CO₂、H₂O	〔31〕
Starkey sp. T-2		1，2-DCA	CO₂、H₂O	〔32〕
Acinetobacter sp. WY-C10		CT	CO₂、HCl	〔33〕
Ancylobacter aquaticus strain UV5		1，2-DCA	ND	〔34〕
Polaromonas sp. strain JS666		cis-DCE	乙二酸酯	〔35〕
Stenotrophomonas sp. PM102		TCE	ND	〔36〕
Escherichia sp. TB-2	好氧辅助共代谢	TCE、cis-DCE	ND	〔37〕
Pseudomonas sp. TA-1		TCE、VC	ND	〔37〕
Methylosinus trichosporium OB3b		TCE	ND	〔38〕
Sphingopyxis ummariensis VR13		PCE	ND	〔39〕
Desulfitobacterium dichloroeliminans DCA1	厌氧还原	1，2-DCA	乙烯	〔40〕
Comamonas sp. R1		TCE、PCE、苯酚	ND	〔41〕
Desulfitobacterium sp. strain Y51		PCE、TCE	cis-DCE	〔42〕
Enterobacter sp. strain PDN3		TCE	Cl^-	〔43〕

微生物	代谢机理	目标污染物	最终产物	参考文献
Xanthobacter autotrophicus GJ10	直接好氧氧化	1，2-DCA	CO₂、H₂O	〔31〕
Starkey sp. T-2		1，2-DCA	CO₂、H₂O	〔32〕
Acinetobacter sp. WY-C10		CT	CO₂、HCl	〔33〕
Ancylobacter aquaticus strain UV5		1，2-DCA	ND	〔34〕
Polaromonas sp. strain JS666		cis-DCE	乙二酸酯	〔35〕
Stenotrophomonas sp. PM102		TCE	ND	〔36〕
Escherichia sp. TB-2	好氧辅助共代谢	TCE、cis-DCE	ND	〔37〕
Pseudomonas sp. TA-1		TCE、VC	ND	〔37〕
Methylosinus trichosporium OB3b		TCE	ND	〔38〕
Sphingopyxis ummariensis VR13		PCE	ND	〔39〕
Desulfitobacterium dichloroeliminans DCA1	厌氧还原	1，2-DCA	乙烯	〔40〕
Comamonas sp. R1		TCE、PCE、苯酚	ND	〔41〕
Desulfitobacterium sp. strain Y51		PCE、TCE	cis-DCE	〔42〕
Enterobacter sp. strain PDN3		TCE	Cl^-	〔43〕

污染物	功能材料	微生物	微生物来源	联合方式	修复效果	文献
1，1，1-TCA	ZVI	厌氧菌群	上海闵行城市污水处理厂二沉池活性污泥	生物强化	10 h去除率90%以上	〔70〕
TCE	炭-铁复合材料	厌氧菌群	广州污水厌氧驯化的沉积物	生物强化	与单独微生物处理相比，生物炭的加入使TCE在4 d内完全去除	〔51〕
1，1，1-TCA	生物炭负载nZVI	Shewanella sp. CN32	ND	负载IRB	360 h内去除率达82.98%	〔71〕
VC、CA	mZVI	PVC工厂场地土著微生物	ND	生物刺激	253 d后，约97.5%的VC和80.2%的CA被去除	〔53〕
1，2-DCA	磁铁矿	场地土著微生物	ND	生物强化	磁铁矿可强化微生物对1，2-DCA的还原脱氯	〔72〕
CAHs	nZVI	厌氧菌群	澳大利亚悉尼氯化物污染土壤	生物强化	添加0.02、0.05 g/L的nZVI可强化有机氯呼吸细菌对TCA的脱氯	〔73〕
CM、1，2-DCA	nZVI	厌氧菌群	西班牙贝塞斯河河口沉积物和工业废水处理厂膜生物反应器	生物强化	CM在20~30 d后完全降解；1，2-DCA在50 d内完全去除	〔74〕
1，2-DCA	纳米磁铁矿	厌氧菌群	意大利罗马污水处理厂活性污泥	生物强化	添加磁铁矿后脱氯率增加3倍，脱氯时间减少20%	〔75〕

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