固定化微生物耦合地下水循环井技术高效修复萘污染含水层的机制研究

针对多环芳烃(PAHs)污染含水层修复难题，研究团队创新性地将固定化微生物技术(PSA@M微凝胶珠)与地下水循环井(GCW)系统耦合，显著提升了萘的降解效率。实验表明，在pH=7、20°C条件下，固定化微生物对30 mg/L萘的去除率达98.5%，且循环使用6次后效率仍超90%。GCW耦合系统48小时去除率较单独GCW提升71.7个百分点，为地下水难降解有机物原位修复提供了绿色解决方案。

　　

地下水中的多环芳烃污染一直是环境治理领域的棘手难题。萘作为PAHs中最常见的污染物之一，不仅在地下水中持久存在，还具有强致癌性和致突变性。传统修复技术如可渗透反应屏障(PRB)受限于浅层应用，而抽提处理又面临"拖尾效应"和处理周期长等问题。更棘手的是，传统微生物修复中自由菌体易聚集流失，还会堵塞含水层孔隙。这些瓶颈严重制约着地下水有机污染治理的效率和可持续性。

针对这一系列挑战，中国研究团队在《Journal of Cleaner Production》发表创新成果。研究人员从污水处理厂二沉池污泥中分离出优势菌株Klebsiella，通过交联法将其固定在聚乙烯醇-海藻酸钠-活性炭(PVA-SA-AC)水凝胶基质中，制成固定化微凝胶珠(PSA@M)。结合地下水循环井(GCW)技术，构建了新型生物-水力协同修复系统。研究采用16S rDNA测序进行菌种鉴定，通过批次实验优化降解条件，并在模拟含水层中对比评估了GCW单独使用与耦合系统的修复效能。

微生物鉴定与特性分析
通过PCR扩增和系统发育分析确认Klebsiella为优势降解菌，该菌株表现出强疏水性和乳化能力。固定化后的菌群在门水平上Proteobacteria占比达96.7%，属水平上Klebsiella相对丰度高达47.6%，显著高于游离状态。

固定化微珠性能优化
PSA@M在pH=7、20°C、盐度0.5%条件下，对30 mg/L萘的64小时去除率达98.5%。微珠内部的三维网络结构和活性炭的吸附作用共同促进了微生物富集，使菌体密度提升2个数量级。经过6次循环使用后，降解效率仍保持90%以上，展现出优异的操作稳定性。

GCW耦合系统验证
在模拟含水层实验中，40 rpm泵速(流量80 mL/min)下运行48小时，GCW-PSA@M耦合系统萘去除率达87.7%，较单独GCW(16%)有质的飞跃。循环流场有效促进了污染物与固定化微生物的接触，解决了传统PRB依赖自然水力梯度的局限性。

这项研究开创性地将生物固定化技术与地下水循环井系统相结合，攻克了微生物易流失和污染物传质效率低两大技术瓶颈。PSA@M微珠不仅实现了菌体的高密度固定和重复利用，其PVA-SA-AC复合载体还兼具吸附富集和生物降解双重功能。GCW创造的三维循环流场则大幅提升了修复效率，为深层含水层DNAPLs污染治理提供了新思路。该技术路线具有绿色可持续、操作简便等优势，对推进地下水有机污染原位修复的工程化应用具有重要指导价值。