严冬冬，黄永军，程明锋，徐从海，沈玉红，李华山，刘奕萱

(1 临沂君和环保科技有限公司，山东 临沂 276000；2 临沂市生态环境局沂水县分局，山东 临沂 276499；3 潍坊市临朐生态环境监控中心，山东 潍坊 262609；4 山东科技大学，山东 青岛 266590)

随着城市化进程及现代农业的快速发展，我国城镇地下水水质恶化，有机污染问题日益加剧。地下水作为人类赖以生存的重要自然资源，其水质质量的不断恶化引起了人们的广泛关注[1]。人们的生产活动，是地下水有机污染物的主要来源之一，包括农业药剂的使用，工业废水的不当排放，化学燃料的泄漏及其它自然因素。此外，地下水中常见的有机污染物可以分为石油烃类、氯代烃类、多环芳烃(PAH)、农药等，其中氯代烃类污染物是最为典型的污染物之一[2-3]。

目前，对于地下水中有机污染物的去除，传统的修复技术包括：抽出处理技术[4-5]、曝气修复技术[6-9]以及热处理[10-12]等方法。这些技术不仅修复费用高，处理效果低，而且对环境的干扰性极大[13]。相较之下，地下水生物修复技术具有修复周期短，二次污染易于控制、经济效益以及去除率高等优点，无需异位处理，可显著降低修复治理过程中对环境的干扰[14]。针对地下水中有机物去除，国内外学者进行了部分研究。Devlin等[15]研究了微生物去除地下水中四氯乙烯，发现环境因子的改变有助于有机物的降解。Robinson等[16]研究发现通过改变环境因子可以明显提高生物降解的水平。然而，利用微生物对地下水中多种氯代烃的去除以及对环境因子的影响的研究尚有不足。

因此，本文将研究不同的菌剂及其添加量对地下水中的氯代烃的去除效果，以期为地下水中氯代烃污染的去除提供一定的理论基础。

1 实验材料和方法

1.1 不同菌剂的筛选及富集

本文以某污染地下水区域的泥沙和某植物为菌剂筛选对象。将经过预处理的某植物和泥沙后，分别放入事先灭菌的含有100 mL富集培养基的250 mL厌氧瓶和L-半胱氨酸溶液，紫外灭菌30 min。之后，用移液枪依次加入终浓度为0.5 g/L L-半胱氨酸、50 μL过滤除菌的二氯甲烷、2 mL洋葱提取液，放置于28 ℃，140 rpm的恒温振荡培养箱驯化培养7 d，在第4天时观察生长状况，补加50 μL二氯甲烷，增加其耐受性。重复上述步骤，二氯甲烷量增加至100 μL，加入10%第一阶段培养结束后的菌液。驯化培养3次，每次菌液接种量均为10%。筛选、富集数次后，获得菌剂A和菌剂B。

1.2 污染地下水样品的采集

被污染的地下水从地下20 m左右收集，并储存在厌氧瓶中，放置在干燥、凉爽的环境中，以备日后检测。本研究设计的水样每隔10天测量一次变化情况，包括各种氯代烃浓度的变化及相关环境因素。为了提高检测结果的精度，每个试验设计为3个平行样。

1.3 药剂的添加

实验所需样品瓶应预先高温高压灭菌，待现场取样返回实验室后，于无菌实验室内，将置于冰箱冷藏保存的菌剂A和菌剂B使用1 mL针管向顶空瓶内按表1中的比例添加。

1.4 氯化烃的测定

在本研究中，GC-MS可以检测到各种氯代烃，包括四氯乙烯、三氯乙烯、二氯甲烷、四氯化碳、三氯乙烷以及四氯乙烷等。具体操作步骤如下：样品经稀释处理后，采用气相色谱-质谱联用技术进行分析。色谱柱为DB-5MS毛细管柱。载气为He，采用恒流方式。流速为1.5 mL·min-1，自动进样量为1 L，不采用分流注射。注入器温度为280 ℃。气相色谱的加热过程如下：柱的初始温度为50 ℃ (4 min)，12 ℃·min-1升高至210 ℃(1 min)，5 ℃·min-1升高至250 ℃(3 min)，0.5 ℃·min-1升高至275℃(5 min)。15 ℃·min-1增加到300 ℃(5 min)。对于飞行时间质谱参数，离子源设定为250，电离模式为电子轰击电离(70 eV)，采用全扫描监测模式，扫描离子范围为50～550。数据采集频率为20 Hz。

1.5 环境因子的测定

采用火焰原子吸收光谱法测定DFe和DMn。采用总有机碳分析仪，将水样中的总有机碳氧化为二氧化碳以测定水样中TOC的含量。

2 实验结果

2.1 菌剂A/菌剂B对氯代烃去除的研究

本实验向取得的地下水样品中分别添加不同量(0.1 mL/250 mL、0.2 mL /250 mL、0.4 mL /250 mL和0.5 mL /250 mL)的菌剂A/菌剂B，探究了菌剂A/菌剂B对三氯乙烯、四氯化碳的去除效果(见图1、图3)以及对四氯乙烯、二氯甲烷、三氯乙烷以及四氯乙烷的去除效果的影响(见图2、图4)。

从图1中可以看出，作为地下水污染的最主要的两种氯代烃，三氯乙烯和四氯化碳在投加不同量的菌A时具有较为明显的去除。其中投加菌剂A为0.5 mL/250 mL时，四氯化碳的去除率最大可以达到72.18%，即初始浓度1910.89 μg/L，投加0.5 mL/25 mL时经过代谢降解后仅为531.69 μg/L。而三氯乙烯也有相同规律，在菌剂A投加量为0.5 mL/250 mL时，从初始浓度910.1 μg/L降解为310.4 μg/L，去除率达到64.23%。

图2 不同添加量的菌剂A对其他氯代烃的影响Fig.2 Effect of different additions of bacteriophage A on other chlorinated hydrocarbons

根据图2可以查看，菌剂A的添加量对四氯乙烯的去除以及对二氯甲烷浓度的增加有显著影响，而对于三氯乙烷和四氯乙烷的去除几乎无影响。当菌剂A的添加量为0.5 mL/250 mL时，四氯乙烯从初始浓度258.48 μg/L降解为71.3 μg/L，去除率达60.72%。而对于初始浓度的二氯甲烷而言，添加不同量的菌剂A均使其浓度增加，当添加量为0.1 mL/250 mL时，二氯甲烷的浓度达到最大值为86.83 μg/L，相较0.2 mL/250 mL时，二氯甲烷的浓度值仅为33.06 μg/L。

综上所述，向地下水样品中投加菌剂A(0.5 mL/250 mL)对三氯乙烯、四氯化碳和四氯乙烯有较好的去除效果。其中，二氯甲烷浓度的增加可能是三种氯代烃(三氯乙烯、四氯化碳和四氯乙烯)代谢的中间产物，但其增加量不高。

图3 不同添加量的菌剂B对三氯乙烯、四氯化碳的去除量Fig.3 Removal of trichloroethylene and carbon tetrachloride by different additions of bacterial agent B

由图3可以看出，菌剂B的添加量对三氯乙烯和四氯化碳的去除量有着不同程度的影响。添加量低的菌剂B对三氯乙烯和四氯化碳去除效果更为显著，其中投加菌剂B为0.2 mL/250 mL时，三氯乙烯由初试浓度910 μg/L降解为134.04 μg/L，去除率为85.27%。而四氯化碳在菌剂B投加量为0.2 mL/250 mL时，去除率最高为91.35%，即初始浓度1 910.89 μg/L，投加0.2 mL/25 mL时经过代谢降解后仅为165.36 μg/L。

根据图4可以查看，菌剂B的投加有助于产生二氯甲烷，且随着投加量的增加，二氯甲烷的浓度也呈现上升趋势。当菌剂B的添加量为0.5 mL/250 mL时，二氯甲烷的浓度增至 3 805.75 μg/L。此外，在菌剂B的添加量为0.5 mL时，四氯乙烯、三氯乙烷和四氯乙烷的含量与原始水样相差不大。

图4 不同添加量的菌剂B对其他氯代烃的影响Fig.4 Effect of different additions of bacteriophage B on other chlorinated hydrocarbons

综上所述，向地下水样品中投加菌剂B(0.2 mL/250 mL)对三氯乙烯、四氯化碳有较好的去除效果。其中，二氯甲烷浓度的增加可能是两种氯代烃(三氯乙烯、四氯化碳)代谢的中间产物，且浓度随着投加量的增多而增大。

结合图1～图4中菌剂A与菌剂B的对氯代烃的效果可以看出，投加菌剂B对三氯乙烯、四氯化碳的最优去除率为85.27%、91.35%，而菌剂A的最有去除率为64.23%、72.18%，因此，菌剂B对三氯乙烯、四氯化碳的去除效果优于菌剂A。此外，从其他氯代烃含量的变化来看，投加菌剂后对其余氯代烃也有一定的去除效果，但是二氯甲烷的含量却均有一定量的增加，特别是菌剂B投加后二氯甲烷增加明显，其含量的增加可能是三氯乙烯和四氯化碳代谢过程的中间产物。

2.2 投加菌剂A/菌剂B对环境因子的影响

本实验测定了向地下水样品中添加不同剂量菌剂A/菌剂B后，环境中溶解态铁、溶解态锰以及TOC的含量变化，如表2所示。

由表2中数据可知，菌剂A与菌剂B的投加量对环境因子中TOC的含量影响最为显著，而对于环境因子中的溶解态铁和溶解态锰的含量影响不大。值得注意的是，在添加菌剂A/菌剂B后，各样品中TOC的含量均大幅增多。其中，菌剂A当投加量为0.4 mL/250 mL时，样品中TOC的含量达到最大值8.54 μg/L，而投加菌剂B为0.1 mL/250 mL时，样品TOC含量最大值为8.15 μg/L。

3 结 论

本实验研究了不同添加量((0.1 mL/250 mL、0.2 mL/250 mL、0.4 mL/250 mL和0.5 mL/250 mL)菌液A/菌液B对六种氯代烃(四氯乙烯、三氯乙烯、二氯甲烷、四氯化碳、三氯乙烷和四氯乙烷)的去除效果以及对环境因子(溶解态铁、溶解态锰和TOC)的影响。通过分析研究结果，可得到以下结论：

(1)向地下水样品中投加菌剂A与菌剂B对三氯乙烯、四氯化碳均有较好的去除效果，菌剂A(0.5 mL /250 mL)的最优去除率为64.23%、72.18%，而菌剂B(0.2 mL/250 mL)的最优去除率为85.27%、91.35%，因此菌剂B的去除效果优于菌剂A。

(2)从其他氯代烃含量的变化来看，投加菌剂后对其余氯代烃也有一定的去除效果，但是二氯甲烷的含量却均有一定量的增加，特别是菌剂B投加后二氯甲烷增加明显，其含量的增加可能为三氯乙烯和四氯化碳代谢过程中的中间产物。

(3)当投加不同剂量的菌液A/菌液B时，对环境因子中TOC含量的影响最为显著。