电动力学-生物修复耦合技术强化六氯环己烷和氯苯污染土壤的协同治理

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【字体：大中小】 时间：2025年07月31日 来源：Journal of Hazardous Materials 11.3

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　　推荐：研究人员针对低渗透性土壤中六氯环己烷(HCH)和氯苯(CB)污染治理难题，开发了电动力学-生物修复耦合系统(EBS)。实验证明，在1 V/cm电场下，生物屏障使HCH和CB去除率分别提升54%和36%，并通过16S测序揭示了电场驱动的微生物群落分布规律，为复杂氯代污染物原位修复提供了创新解决方案。

在20世纪，林丹（γ-六氯环己烷）作为高效杀虫剂被广泛使用，但其生产过程却产生了大量含有α-、β-、γ-等异构体的有毒废弃物。西班牙萨比尼安戈的Sardas垃圾填埋场因不当处置16万吨此类废弃物，形成了包含六氯环己烷(HCH)和氯苯(CB)的复杂污染物羽流，严重威胁着加列戈河生态系统。这些污染物不仅具有持久性、生物累积性和毒性，更棘手的是它们滞留在低渗透性的粉砂层中，传统修复技术如土壤气相提取或化学氧化难以奏效。

针对这一环境治理难题，西班牙巴塞罗那自治大学（Universitat Autònoma de Barcelona, UAB）的研究团队创新性地将电动力学修复(EK)与生物修复技术耦合，开发了电生物修复系统(EBS)。这项发表在《Journal of Hazardous Materials》的研究，通过在污染粉砂层中建立生物屏障并施加定向电场，实现了污染物的高效协同降解。

研究团队运用了三大关键技术：1）电动力学修复系统（1 V/cm直流电场）促进污染物迁移；2）从污染地下水富集的微生物群落构建生物屏障；3）Illumina MiSeq 16S rRNA基因测序分析微生物分布。实验设计采用1.5 dm³反应器，通过GC-MS监测污染物降解，并建立对照实验验证生物屏障的作用。

3.1 电生理参数与生物活性
研究发现1 V/cm电场不会抑制微生物活性，温度维持在22-26°C适宜范围。pH监测显示阳极区保持中性（初始pH 7.7），而阴极区升至pH 11.5，但粉砂层的高碳酸盐含量（pH_zpc=9.2）提供了缓冲能力。通过1,2-二氯丙烷降解实验证实，电场驱动的电渗流（0.7 cm/d）能有效促进微生物迁移。

3.2 好氧/厌氧EBS对比
在好氧条件下，生物屏障对三氯苯(TCB)等污染物的去除率达80%以上，显著优于厌氧系统。厌氧体系中出现单氯苯(MCB)累积现象，这是高氯代苯还原脱氯的中间产物。电渗流分析表明，碱性条件下增强的电渗效应（阴极区达0.24 cm/d）能有效清除这些副产物。

3.3 污染粉砂的好氧处理
关键数据显示EBS使HCH总量减少54%（对照组7.1 mg→EBS组3.3 mg），氯苯总量降低36%。微生物群落分析揭示：阳极区富集好氧菌株（节杆菌属Arthrobacter占11.1%），阴极区则以厌氧菌（芽孢杆菌属Bacillus达30%）为主。值得注意的是，生物屏障中鞘氨醇单胞菌属(Sphingobium)比例升至21.2%，该菌株已知能降解林丹生成1,2,4-TCB。

这项研究的重要意义在于：1）首次证实1 V/cm电场能与生物修复产生协同效应；2）生物屏障定位策略克服了阴极区强碱环境对微生物的抑制；3）运营成本仅0.16 €/m³/d，远低于化学氧化等技术。通过电场调控微生物的空间分布，该技术为低渗透性土壤修复提供了新范式，尤其适用于含DNAPL（稠密非水相液体）的复杂污染场地。未来研究可优化生物屏障的几何配置，并探索场尺度应用时的热效应控制策略。

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