摘要：針對我國地下水氯代烴污染問題，以椰殼生物炭和零價鐵為主要原材料，研制了一種具有生物活性的復(fù)合功能材料，并在江蘇某氯代烴污染地下水場地開展了中試研究. 現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，復(fù)合功能材料可持續(xù)緩釋碳源和鐵源，能夠?qū)崿F(xiàn)脫氯降解菌馴化生長. 通過16S rRNA 基因測序發(fā)現(xiàn)，可滲透反應(yīng)墻（Permeable Reactive Barrier，PRB）運(yùn)行1140天時，復(fù)合功能材料中脫氯降解菌的相對豐度（1. 9%～8. 3%）高于初始PRB 材料（0. 5%）. PRB 運(yùn)行1140 天后，復(fù)合功能材料的表面形態(tài)仍保持穩(wěn)定. 在2000 天的運(yùn)行周期內(nèi)，PRB 對不同氯代烴污染物的去除率為13. 7%～100%. 復(fù)合功能材料可通過吸附、鐵還原和微生物降解復(fù)合機(jī)制高效去除地下水中的氯代烴. 研究可為氯代烴污染地下水原位修復(fù)提供重要技術(shù)支撐.

關(guān)鍵詞：復(fù)合功能材料，可滲透反應(yīng)墻，地下水，氯代烴

中圖分類號：X523 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

氯代烴類有機(jī)化合物是一類常用的有機(jī)溶劑，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)清洗、衣服脫脂、汽車部件和電子元件等領(lǐng)域［1］. 近年來，隨著城鎮(zhèn)化推進(jìn)以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，大批污染企業(yè)需關(guān)閉或搬遷，但由于管理不善和歷史遺留問題，絕大多數(shù)搬遷企業(yè)都存在氯代烴泄漏引起的地下水污染問題［2-3］. 氯代烴化合物毒性大、難降解，具有致癌、致畸和致突變效應(yīng)，一旦進(jìn)入水體可持續(xù)存在數(shù)十年甚至數(shù)百年，將嚴(yán)重影響人類健康和生態(tài)環(huán)境［4］. 由于地下水中氯代烴污染修復(fù)難度大、經(jīng)濟(jì)成本高，因此，研發(fā)氯代烴污染地下水的修復(fù)技術(shù)至關(guān)重要.

可滲透反應(yīng)墻（Permeable Reactive Barrier，PRB）技術(shù)是一種基于原位的被動系統(tǒng)，具有無須外源動力、不占用地面空間、造價低廉、運(yùn)行維護(hù)成本低、對生態(tài)環(huán)境擾動小等優(yōu)點，對污染物的去除具有普適性，是一項值得研究和推廣的地下水修復(fù)技術(shù)［5］. 反應(yīng)介質(zhì)材料是PRB 的核心部分，反應(yīng)介質(zhì)的選擇關(guān)系到PRB 的穩(wěn)定性和長效性［6］. 目前已經(jīng)投入場地工程應(yīng)用的修復(fù)填料主要包括零價鐵、活性炭、沸石、離子交換樹脂、堿性絡(luò)合劑等. 其中，零價鐵填料在PRB 的試驗研究和工程應(yīng)用中較為常見［7-8］. 但是，零價鐵PRB 具有易結(jié)塊、長期運(yùn)行處理能力降低的缺陷. Fluryet al［9］利用零價鐵PRB 對瑞士維利紹某鉻污染場地進(jìn)行修復(fù)，發(fā)現(xiàn)零價鐵鈍化是PRB 系統(tǒng)長期處理效果低的主要原因. 田雷［10］開展了應(yīng)用復(fù)合介質(zhì)（零價鐵和生物掛膜陶粒）PRB 技術(shù)修復(fù)三氯乙烯和甲苯污染地下水的中試試驗，發(fā)現(xiàn)由于當(dāng)?shù)氐叵滤写嬖谳^高濃度的硝酸鹽污染，在運(yùn)行了60 天后即發(fā)現(xiàn)零價鐵格柵失去了對三氯乙烯的還原能力. 因此，研發(fā)具有高選擇性、高去除能力的新型PRB 填充材料是提高PRB 壽命的重要環(huán)節(jié).

PRB 技術(shù)作為應(yīng)用潛力巨大的原位修復(fù)技術(shù)，在歐美國家實現(xiàn)了商業(yè)化應(yīng)用，已成為修復(fù)污染地下水技術(shù)的重要發(fā)展方向. 我國PRB 技術(shù)的研究起步較晚，主要集中于實驗室模擬研究，應(yīng)用于污染場地地下水修復(fù)的工程實踐尚少，且缺乏對地下水修復(fù)效果的長期跟蹤. 本文以氯代烴污染地下水場地為例，項目團(tuán)隊基于微生物馴化機(jī)制，自主研發(fā)制備了可緩釋碳源和鐵源的復(fù)合功能PRB 材料，并在江蘇某氯代烴污染場地開展了PRB 修復(fù)中試應(yīng)用，通過監(jiān)測復(fù)合功能材料的形態(tài)變化、材料中微生物群落的變化、碳源和鐵源的釋放情況以及氯代烴濃度的變化等評估復(fù)合功能材料原位修復(fù)氯代烴污染地下水的長效性，旨在為氯代烴污染地下水的原位修復(fù)提供技術(shù)支持.

1 材料與方法

1. 1 復(fù)合功能PRB 材料 基于微生物馴化機(jī)制，自主研發(fā)制備復(fù)合功能材料，所需的原材料主要有椰殼生物炭、零價鐵、凹凸棒土、水泥和海藻酸鈉，原材料的基本性質(zhì)如表1 所示. 復(fù)合功能材料包括填充層和外殼，根據(jù)前期實驗［11］確定的填充層原材料椰殼生物炭、零價鐵、凹凸棒土的質(zhì)量比為2∶0. 8∶5，外殼原材料凹凸棒土、水泥的質(zhì)量比為6∶1. 將海藻酸鈉和去離子水按1∶20 的質(zhì)量比充分混合均勻，得到黏合劑. 通過輔助噴灑黏合劑，利用造粒機(jī)滾動制備復(fù)合功能材料，材料的直徑為0. 5～0. 6 cm. 復(fù)合功能材料的填充層包含的椰殼生物炭可釋放有機(jī)碳為微生物生長繁殖提供碳源，零價鐵可作為還原劑化學(xué)還原氯代烴污染物. 材料的外殼是多孔介質(zhì)，具有支撐和保護(hù)作用，能夠增強(qiáng)材料的穩(wěn)定性.

1. 2 場地及PRB 墻體 場地位于一家化工企業(yè)，主要生產(chǎn)氯堿、甲烷氯化物和精細(xì)化學(xué)品等，因泄漏導(dǎo)致廠區(qū)內(nèi)地下水受到氯代烴污染. 調(diào)查表明，場地地層結(jié)構(gòu)及巖性特征自上而下為雜填土、砂土、粉質(zhì)黏土和黏土.