《三氯乙烯污染地下水礦物-微生物聯合修復機制》是依託南開大學，由王薇擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：三氯乙烯污染地下水礦物-微生物聯合修復機制
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王薇
- 依託單位：南開大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
以自然系統中的微生物淨化污染的地下水生態系統可提供最為安全和經濟的原位修複方式。本項目利用天然礦物材料電氣石自發電極性產生的特殊多重環境功能屬性：形成自發電場、電解產氫、降低氧化還原電位、活化水等同時為生物還原脫氯提供電子供體、電場刺激和還原環境等強化途徑，研究其協同脫氯菌（Dehalococcoides spp.）降解地下水中典型氯代有機污染物三氯乙烯（TCE）的性能和機理，建立電氣石自發供氫協同自發場助增強的新型生物修復技術。探討不同種類、粒徑和用量的電氣石強化修復效果，TCE的生物轉化規律及中間、最終降解產物，從群落結構、細胞增殖和基因表達的角度研究電氣石對脫氯菌群的生物效應，闡明其提高生物活性、強化脫氯功能的機制，揭示生物效應與電氣石特性之間的規律關係，實現強化功能的有效調控。
結題摘要
本項目以Dehalococcoides spp.為主體的脫氯混合菌群為研究對象，將自然系統的重要組成部分礦物作為環境微生物強化介質材料，利用電氣石的天然電場及其附加環境功能，實現三氯乙烯（TCE）污染生物修復過程的自發供氫和功能增強。運用分子生物學技術手段從群落結構、細胞增殖和解碼基因的角度研究電氣石對脫氯菌群產生的生物效應，闡明其提高生物活性、強化脫氯功能的機制。得到的主要研究結果如下： 1、鐵、鎂、鋰三種電氣石都可以增大水體的電導率，降低氧化還原電位，並使水體pH值趨向於中性，其中鐵電氣石的影響最顯著。電氣石的上述特性可能為脫氯菌提供良好的生存環境，以促進其生長繁殖和新陳代謝。 2、脫鹵擬球菌群對TCE的降解是一個逐步還原脫氯的過程，能將TCE完全轉化為無毒產物乙烯，從氯乙烯（VC）向乙烯的轉化是其速度限制步驟，氫氣是其最終電子供體，對TCE的降解速率和程度具有重要影響。 3、鐵電氣石對TCE的生物降解表現出明顯的強化促進作用，但不會對降解路徑產生影響。其電解產生的氫氣能夠為脫氯菌提供電子供體。5 g·L-1的鐵電氣石能將TCE（20 mg/L）和其降解產生的中間產物二氯乙烯（DCE）完全去除的時間分別縮短30% 和80%，顯著加快限速步驟，在444 h以內將VC完全轉化。多次使用後電氣石仍然可以促進脫氯菌對cis-DCE的去除。電氣石改變水體性能的間接作用僅能對TCE生物降解的第一步產生促進作用，而靜電場的直接作用能加快TCE降解的各個步驟。電氣石對生物的電性強化作用源於其特殊的晶體結構。 4、電氣石對脫氯菌群的物種多樣性沒有顯著影響，對菌群中的大多數菌種，尤其是功能菌產乙烯脫鹵擬球菌的細胞增殖能產生促進作用，這種促進作用隨電氣石濃度的增加而增強，但濃度增加的過高（達到10 g·L-1）後對某些菌種的促進作用降低。電氣石影響了編碼TCE還原脫氯過程中最重要的兩個還原脫鹵素酶的tceA基因和vcrA基因表達水平，從而增強了產乙烯脫鹵擬球菌對TCE及中間產物的降解能力。 本項目採用的強化介質材料可持續、穩定、安全的提供微生物共代謝基質，同時創建理想的脫氯環境，提高生物活性，但其本身並不消耗，經濟優勢顯著。這種新型的生物強化方式很可能極大的促進地下水原位修復技術的發展，對於突破傳統資源利用方式的局限具有重要的意義。
