地下水铀污染的原位微生物还原与固定：在美国能源部田纳西橡树岭放射物污染现场的试验  

Bioreduction and immobilization of uranium in situ:A case study at a USA Department of Energy radioactive waste site,Oak Ridge,Tennessee

作　　者：吴唯民[1] Jack Carley David Watson 顾宝华[2] Scott Brooks Shelly D.Kelly Kenneth Kemner Joy D.van Nostrand 吴力游[4] 许玫英[5] 周集中[4] 罗剑 Erick Cardenas 黄家琪 Matthew W.Fields Terence L.Marsh James M.Tiedje Stefan J.Green Joel E.Kostka Peter K.Kitanidis Philip M.Jardme CraigS.Criddle 

机构地区：[1]美国斯坦福大学土木与环境工程系,Stanford,CA94305,USA [2]美国橡树岭国家实验室环境科学部,OakRidge,TN37831,USA [3]美国阿岗国家实验室生物科学部,Argonne,IL60439,USA [4]美国俄克拉荷马大学植物-与微生物学系,Norman,OK73019,USA [5]广东省微生物研究所,广州510070 [6]美国乔冶亚理工学院土木与环境工程系,Atlanta,GA30332,USA [7]美国密歇根州立大学微生物生态中心,EastLansing,MI48823,USA [8]美国蒙大拿州立大学生物膜工程中心,Bozeman,MT59717,USA [9]美国佛罗里达州立大学地球海洋大气科学系,Tallahassee,FL32306,USA [10]美国田纳西大学生物系统工程与土壤科学系,Knoxville,TN37996,USA

出　　处：《环境科学学报》2011年第3期449-459,共11页Acta Scientiae Circumstantiae

基　　金：美国能源部科研项目(No.DOEAC05-00OR22725)~~

摘　　要：总结了美国斯坦福大学和橡树岭国家实验室等在美国能源部田纳西州橡树岭综合试验基地进行的铀污染原位微生物修复阶段性试验结果.本试验利用微生物以乙醇为电子供体还原地下水和沉积物中的六价铀为不溶解的四价铀,使之原位固定化.随后通过加入溶解氧和硝酸盐来试验微生物还原后的地下水层中还原固定态铀的稳定性.通过预处理和长期间隔注入乙醇溶液,地下水中铀浓度从40～60mg·L-1降至0.03mg·L-1以下,达到了美国环保署饮用水的标准.还原的四价铀主要以U(Ⅳ)-Fe复合物的形态存在.结果表明,固定化后的四价铀只有在厌氧条件下才是稳定的,溶解氧和硝酸盐侵入地下水层后会使固定化的四价铀重新氧化为溶解态的六价铀.在试验过程中,采用多种分子生物学方法检测了微生物种群的变化和与铀氧化还原反应有关的功能微生物.本研究表明,在维持试验系统无氧和无硝酸盐的条件下,通过添加乙醇为电子供体可有效地促进地下水中土著功能微生物的活性,从而实现铀的原位还原固定与稳定.Bioremediation of uranium contaminated groundwater was tested by delivery of ethanol as an electron donor source to stimulate indigenous microbial bioactivity for reduction and immobilization of uranium in situ,followed by tests of stability of uranium sequestration in the bioreduced area via delivery of dissolved oxygen or nitrate at the US Department of Energy＇s Integrated Field Research Challenge site located at Oak Ridge,Tennessee,USA. After long term treatment that spanned years,uranium in groundwater was reduced from 40~60 mg·L-1 to 0.03 mg·L-1,below the USA EPA standard for drinking water. The bioreduced uranium was stable under anaerobic or anoxic conditions,but addition of DO and nitrate to the bioreduced zone caused U remobilization. The change in the microbial community and functional microorganisms related to uranium reduction and oxidation were characterized. The delivery of ethanol as electron donor stimulated the activities of indigenous microorganisms for reduction of U（Ⅵ） to U（Ⅳ）. Results indicated that the immobilized U could be partially remobilized by DO and nitrate via microbial activity. An anoxic environmental condition without nitrate is essential to maintain the stability of bioreduced uranium.

关 键 词：铀污染 微生物还原 原位生物修复 地下水 沉积物 

分 类 号：X523[环境科学与工程—环境工程]