【视点】吉林大学地下水资源与环境教育部重点实验室:河水入渗过程中溶解有机质和铁矿物对萘衰减的影响机制

学术   2024-12-24 18:00   北京  

编者在24年11月13日文献情报中关注到吉林大学地下水资源与环境教育部重点实验室探究发现河水入渗过程中溶解有机质和铁矿物对萘衰减的影响机制特邀该团队为本公众号撰写了该研究的亮点部分,希望该研究成果能给关注者启发,从中获得灵感,促进天然有机质研究工作的开展。


导读

萘(NAP)在河岸入渗带的自然衰减对水质的维持至关重要,且受到溶解性有机物(DOM)和铁矿物的影响。然而,DOM和铁矿物对NAP衰减的作用机制尚不明确。针对这一问题,本研究探讨了DOM和铁矿物对NAP衰减的影响机制。


主要的研究发现如下:


1.现场动态监测数据表明,地下水中NAP浓度主要受到DOM、有效结合铁和河水渗透补给强度的影响。实验结果表明,DOM与α-Fe2O3或α-FeO(OH)的共存使介质的渗透性分别降低了8.16%和6.85%,从而增加了水的滞留时间。


2.对NAP衰减的影响不同。α-Fe2O3和DOM的共存使NAP衰减能力提高了9.13%至45.91%,而α-FeO(OH)和DOM的共存则使衰减能力降低了-13.25%至-24.13%。这些变化主要归因于介质渗透性、颗粒大小、次生矿物形成和微生物群落结构的变化。


3.具体而言,α-Fe2O3和DOM通过降低介质的渗透性,增加了NAP的吸附和生物降解反应时间,并促进了次生矿物(FeCO3)的形成,从而增强了介质对NAP的吸附能力。而α-FeO(OH)和DOM则通过胶结作用导致颗粒增大,减少了介质对NAP的吸附能力。


4.此外,α-FeO(OH)和DOM促进了Shewanella的生长,进而抑制了NAP的衰减过程,这是因为它们与NAP降解菌竞争电子受体/供体。


本研究有助于深化对河岸入渗带内多环芳烃(PAHs)自然衰减机制的理解,为评估和控制PAH污染风险提供了科学依据。


▲图1 河水入渗过程中DOM和铁矿物对NAP衰减影响的机制(来源:ScienceDirect)

▲图2 河岸入渗带内浅层(a)和深层(b)水流路径中NAP含量变化的主控因素分析,河水和地下水(深层和浅层)中δ18O-δ2H的分布(c),河水补给与深层和浅层地下水的比例(d),研究区EFC-Fe等值线(e)(来源:ScienceDirect)


▲图3 DOM和铁矿物影响下NAP衰减特征(来源:ScienceDirect)


▲图4 DOM和铁矿物影响下微生物群落结构和基因表达的变化(来源:ScienceDirect)



参考文献

[1] Shen X, Dong W, Su X, et al.,. Overload of dissolved organic matter (DOM) in riparian infiltration zone increasing the pollution risk of naphthalene, insight from the competitive inhibition of naphthalene biodegradation by DOM. Water Research, 2024, 264:122251. doi:10.1016/j.watres.2024.122251
[2Shen Xiaofang, Su Xiaosi, Wan Yuyu, Lyu Hang, Xu Guigui, Zhang Qichen, Wang Shinian, Lyu Hang, Dong Weihong. Effect mechanisms of hematite and goethite on naphthalene biodegradation, insight from electron transfer and microbial gene expression. Journal of Cleaner Production, 2024,486:144496. doi: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2024.144496
[3Shen X, Dong W, Wan Y, et al.,. Function of Fe(III) in naphthalene adsorption on typical clay minerals and humic acid complexes. Journal of Environmental Chemical Engineering, 2022, 10(5):108271. doi:10.1016/j.jece.2022.108271
[4] Shen X, Wan Y, Dong W, et al.,. Experimental study on the biodegradation of naphthalene and phenanthrene by functional bacterial strains in the riparian soil of a binary system. Ecotoxicology and environmental safety, 2021b, 223: 112603. doi:10.1016/j.ecoenv.2021.112603

联系作者:

董维红,教授,吉林大学,Email:dongweihong@jlu.edu.cn


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本文编辑:谷婷婷

本文审订:何伟


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