地下水三氯乙烯-TCE-生物修复的研究进展

第26卷第1期2003年3月华东地质学院学报JOURNALOFEASTCHINAGEOLOGICALINSTITUTEVol126No11Mar.2003收稿日期:2002212205基金项目:国家自然科学基金(40102027)作者简介:陈翠柏(1973)),女,博士研究生,环境工程专业,主要从事环境工程与水资源研究。地下水三氯乙烯(TCE)生物修复的研究进展陈翠柏杨琦沈照理(中国地质大学水资源与环境学院,北京100083)摘要:目前三氯乙烯(TCE)引起的环境污染已成为一个非常值得关注的问题。本文通过对国内外TCE生物降解研究进行总结,从降解机理、降解动力学和微生物种类三方面进行了概述,特别是总结了好氧条件下生物降解TCE取得的显著成果。关键词:TCE;生物修复;生物降解;动力学;降解机理中图分类号:X127文献标识码:A文章编号:1000-2251(2003)01-010-05氯代烃(CAHs)溶剂已经广泛应用于飞机发动机、汽车部件、电子元件以及衣服的脱脂等领域。由于在工厂的普遍应用而污染了含水层和地下水环境,其中TCE是CAHs溶剂最普遍的一种污染物。TCE是挥发性有机化合物(VOCs),是一种致癌物质,可以通过气体排放或从液体中挥发到大气中而污染空气环境。TCE作为氯代溶剂已经被广泛应用于金属加工、电子技术、印刷、造纸、涂料和纺织业。TCE的密度(11462kg/L)比水大[DNAPLs],而且水溶性好,溶解度为1000mg/L,TCE在环境中易迁移,所以由它引起的土壤和地下水污染是一个长期以来普遍存在的环境问题。在美国(Federal,1989)TCE的最大污染标准(MCL)是5Lg/L,该浓度建立在保护人类健康和环境的安全饮用水法规的条件下。在日本,1982年经环保局调查,大范围的地下水污染来自TCE,许多地下水被高浓度的TCE污染,此浓度远高于环境质量标准(0.03mg/L),而且受污染的井数仍在增加(Morioka,1996)。同时,TCE及其降解产物二氯乙烯(DCEs)和氯乙烯(VC)是有毒致癌物质,特别是VC对人类的健康已造成很大的威胁。处理含氯化合物的方法很多,但以生物修复处理方法最经济有效,因此地下水生物修复技术就成为全球研究的热点问题。1TCE降解机理进展目前,物理、化学和生物方法处理技术已被认证可以去除TCE,它们包括炭吸附、化学氧化、膜分离、空气清洗和生物降解等。每一种处理过程都有它的优缺点。例如:炭吸附和薄膜分离的费用昂贵,空气清洗又使污染物重新分类(Hsuchetal.,1991)。这些方法只能使TCE从一种相态转化到另一种相态,不能完全使它变成无害产物。生物降解技术能够弥补这个缺陷,但它所需的时间周期比其他方法要长。在好氧条件下,三氯乙烯(TCE)既可以被直接氧化,也可以被共代谢氧化。许多资料表明,TCE既可以在好氧条件下生物降解,也可以在厌氧条件下生物降解。TCE在好氧条件下只能通过共降解途径由好氧菌降解,被认为是通过共代谢反应发生的(Oldehiusetal.,1989),降解属于共代谢过程,降解速率依靠单或双氧酶。能够进行共降解的微生物包括好氧微生物、厌氧微生物和兼氧微生物等(Haigleretal.,1992;Fathepureetal.,1988)。好氧生物降解途径通常是通过氧化作用产生,其机理主要分为羟基化作用和环氧化作用,在这方面前人对此已进行了大量的研究。厌氧生物降解途径主要是在还原条件下通过还原脱氯作用产生生物降解。1.1取代作用主要有水解作用和亲核作用两种。1.1.1水解作用一个羟基取代一个卤原子,生成卤化氢,主要发生在好氧条件下的非生物转化过程。CCl2=CHCl+H2OCCl2CHOH+HCl(1)1.1.2亲核作用CCl2=CHCl+N-CCl2CHN+Cl-(2)1.2氧化作用好氧生物转化过程通过氧化作用完成,可以分为两种:羟基化作用和环氧化作用。1.2.1羟基化作用一个羟基取代分子中的一个氢原子,反应如下:CCl2=CHCl+HOyCCl2COHCl+2H++2e-(3)1.2.2环氧化作用以甲烷为例,甲烷氧化菌利用甲烷单氧酶(MMO)促进甲烷氧化成甲醇。MMO也可以把TCE氧化成TCE环氧化物(Littleetal.,1988;Foxetal.,1990)。这种不稳定环氧化物经化学分解产生各种产物,包括一氧化碳、甲酸、乙醛酸和一些含氯的酸(Milleretal.,1982)。混合培养基中,TCE氧化剂和其也细菌之间发生协同作用,TCE进一步被矿化成二氧化碳、水和氯化物(Fogeletal.,1986;Hensonetal.,1989;HenryandGrbic-Galic,1991a)。1.3还原作用厌氧生物转化过程通过还原作用完成,主要有氢解作用和二卤消去