一种微乳液及其在修复重金属和/或硝酸盐污染的地下水中的应用

本发明涉及一种微乳液及其应用方法，具体涉及一种微乳液强化土著微生物同步修复重金属和硝酸盐污染地下水的方法，属于地下水生态修复。

背景技术：

1、地下水是重要的淡水资源，全国有超过400个城市均是以地下水为主要饮用水来源。近些年来，由于经济的快速发展、工农业“三废”的不规范处理与处置，导致多种污染物同时在环境中存在的现象十分普遍，中国绝大部分地区的浅层地下水已经被污染，其中，常见的污染物为重金属、有机溶剂和硝酸盐等。地下水重金属和硝酸盐污染在全世界地下水环境中已成为一种普遍的现象，例如，印度鲁普纳格尔地区的地下水中，六价铬(cr(ⅵ))和硝酸盐的浓度比世界卫生组织规定的浓度要高出134～630％。复合污染场地不仅表现出单一污染的性质，还存在污染物之间可能发生的相互作用，导致复合污染地下水的修复更为复杂。因此，针对地下水环境中重金属和硝酸盐污染，提出有效的综合修复治理方法对降低环境和健康风险具有重要意义。

2、目前，针对地下水重金属和硝酸盐污染的修复技术主要分为原位修复技术和异位修复技术，异位修复技术不适用于渗透性差的含水层，对修复区域干扰较大，并且易产生拖尾和反弹现象；原位化学修复技术虽然修复速度快，清除效果短，但是无法进行长期持续修复。

3、综上所述，提供一种具有长效缓释作用的乳化油修复试剂，长期地在化学还原和微生物共同作用下持续降解地下水中重金属和硝酸盐复合污染具有重要意义。

技术实现思路

1、针对现有地下水受重金属和硝酸盐等综合污染存在治理难、费用高、无法进行长期持续修复等缺陷，本发明的第一个目的是在于提供一种微乳液；该微乳液是由植物油包裹微生物营养物质形成油滴，并在表面活性剂作用下分散在水中形成的均匀、稳定的微乳液，将其添加至地下水中，可以在地下水中形成一个原位反应带，不仅能够提高地下水中土著微生物的生物活性，有利于增加微生物对硝酸盐的分解率，同时可以促进微生物的异化铁还原反应，能够将三价铁还原为二价铁以用于还原毒性较高的高价重金属，显著提高重金属污染物的去除效果，而且微乳液还具有缓释作用，对微生物的促进作用长期稳定，从而能够长期有效去除地下水体中的重金属和硝酸盐等污染物。

2、本发明的第二个目的是在于提供一种微乳液的应用，微乳液通过注射方式投加至地下水上游，可以在下游形成一个原位反应带，微乳液中的活性成分能够增强土著微生物的生物活性，提高微生物对硝酸盐的分解效率，同时能够促进微生物的异化铁还原反应，可以将三价铁还原为二价铁，而二价铁用于还原毒性较高的高价重金属转化成毒性低的重金属离子，显著提高污染物的去除效果，而且微乳液还具有缓释作用，对微生物的促进作用长期稳定，从而能够长期有效去除地下水体中的重金属和硝酸盐等污染物，此外微乳液具有添加量低，效果明显等优势。

3、为了实现上述技术目的，本发明提供了一种微乳液，其由油滴均匀分散在水中构成；所述油滴包含植物油、表面活性剂和微生物营养物质。

4、本发明的微乳液是由以植物油为主的油相在表面活性剂作用下高度分散在水中形成的微乳液，植物油主要对微生物营养物质起到包裹作用，能够实现微生物营养物质的缓释作用，同时植物油也是土著微生物良好的营养源，可以提高微生物活性，强化微生物对污染物的去除作用。表面活性剂主要起到分散乳化作用，使得植物油油滴能够均匀稳定分散在水中。微生物营养物质可以刺激土著微生物快速生长，提供足够的氮源和生长因子，使其快速形成优势菌群，加快修复过程。

5、本发明的微乳液不但可以不断地为土著微生物提供生长所需的碳源和能量，有利于土著微生物的生长，从而提高其对环境中硝酸盐的分解效率，同时可以强化微生物的异化铁还原过程的进行，不断地将铁矿物质转换成二价铁，有利于对重金属的还原解毒和钝化作用。

6、作为一个优选的方案，所述植物油包括大豆油、玉米油、花生油、葵花籽油、棉籽油、棕榈油和亚麻籽油中至少一种。这些植物油为常见的食用油，易于被土著微生物利用，不污染环境。

7、作为一个优选的方案，所述表面活性剂包括tween80和/或span80。进一步优选为tween80和span80按照1～3:2组合使用。能够起到更好的乳化分散效果，形成的微乳液油滴粒径较小，均匀、稳定地分散于水溶液中，可以保存较长时间而不出现分层现象。

8、作为一个优选的方案，所述微生物营养物质包括酵母浸粉和/或维生素。酵母浸粉和/或维生素为市售购买获得的常规产品，维生素可以为复合维生素，也可为单一的维生素。

9、作为一个优选的方案，所述油滴由植物油、表面活性剂和微生物营养物质按照质量比10:1～3:0.05～0.15组成。植物油如果比例过低，油滴的油膜过薄，微生物营养物质易于泄露，达不到缓释效果，同时植物油对土著微生物的生物活性提高不明显；而植物油比例过高，则油滴的油膜较厚，内部的微生物营养物质的传质和释放效率较慢，并且对污染物的吸附作用较大。表面活性剂的含量影响油滴的粒径大小以及微乳液的稳定性，需要控制在适当比例范围内。

10、作为一个优选的方案，所述微乳液中油滴质量百分比浓度为2～10％，油滴的大小为1～20μm。

11、本发明还提供了一种微乳液的应用，将其应用于修复重金属和/或硝酸盐污染的地下水。

12、作为一个优选的方案，将微乳液经过稀释后，通过注入方式投加至地下水流动方向的上游。

13、作为一个优选的方案，所述微乳液稀释至油滴质量百分比浓度为0.5％～1.0％。

14、作为一个优选的方案，所述微乳液在地下水中的投加量按照5～100g/l计量。

15、本发明的微乳液在修复地下水污染过程中，在地下水的上游设置一个注入井，将乳化油稀释后通过注入井注入受污染的地下水，随着地下水的流动，在下游形成一个原位反应带。在厌氧条件下，污染物流经反应带时，异化铁还原菌以有机物为电子供体，将fe(ⅲ)转化为fe(ii)，微生物产生的二价铁有很强的还原能力，可以还原一些氧化性污染物，例如cr(ⅵ)可以被还原为cr(ⅲ)，随后fe(ii)被氧化为fe(ⅲ)沉淀到介质表面，在这种铁循环中可能会发生微生物成矿作用，一些与铁离子半径相似的金属会被包裹在次生矿物中，形成一种稳定的状态，大大降低了这些金属的迁移性。硝酸盐则被高代谢的微生物利用还原为氮气，cr(ⅵ)被微生物产生的fe(ii)还原为cr(ⅲ)，这些cr(ⅲ)随后在基于异化铁还原的铁循环过程中被包裹在次生矿物中，从而达到原位生物和化学共同修复重金属和硝酸盐复合污染地下水的目的。

16、本发明的微乳液的制备方法：将植物油、表面活性剂和微生物营养物质加入水中，置于回旋式振荡器上，在室温下，在155±5rpm震荡18～30h，形成乳白色、均质稳定的微乳液。

17、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

18、(1)本发明的微乳液在地下水中具有长效缓释性能，可以进行长期修复，具有良好的环境效益、经济效益和社会效益。

19、(2)本发明的微乳液包含的成分生物降解性好，在进行治理时不会造成二次污染或破坏生态平衡。

20、(3)本发明的微乳液对各类重金属污染的地下水具有广泛的适用性，能够长期有效促进微生物对地下水中重金属和硝酸盐等污染物的去除作用，特别是能够刺激微生物的异化铁还原反应，不断将三价铁转换成二价铁强化污染物的去除，同时提高微生物对硝酸盐的利用率，可以较好地实现地下水重金属和硝酸盐的去除，有效解决了现有的地下水重金属和硝酸盐治理难、费用高、无法进行长期持续修复的问题。

21、(4)本发明的微乳液原料简单、成本低，易于获得，有利于大规模推广使用。