生物炭辅助地下水三氯乙烯的解毒：通过含有Dehalococcoides mccartyi的微生物群落减轻氯乙烯积累和环境风险

《Journal of Environmental Management》：Biochar-assisted detoxification of groundwater trichloroethene: Mitigating vinyl chloride accumulation and environmental risks via Dehalococcoides mccartyi-containing consortium

三氯乙烯（TCE）和其致癌中间体 vinyl chloride（VC）污染地下水严重威胁健康，本研究整合水竹壳衍生生物炭与本土脱氯菌系Dhc CWV2，通过生物炭增强微生物活性与选择性吸附，实现VC完全降解为无毒乙烯，降解效率提升50%，并促进氢供体和电化学活性菌共生，验证了农业废弃物资源化在地下水修复中的可持续性价值。

　　
地下水污染治理领域近期取得重要突破。研究团队以台湾地区丰富的水竹笋壳为原料，通过高温炭化技术制备出具有特殊孔隙结构的生物炭材料，并创新性地与本土脱氯菌种Dhc CWV2联合应用，成功解决了氯代烃污染治理中亟待解决的 vinyl chloride（VC）积累难题。这项研究成果不仅为工业污染场地修复提供了新思路，更在农业废弃物资源化利用和饮用水安全保障方面具有双重示范价值。

研究首先系统分析了氯代烃污染的生态危害。作为典型 Dense Non-Aqueous Phase Liquid（DNAPL），三氯乙烯（TCE）在含水层中的迁移转化过程复杂，其脱氯副产物VC的致癌性已被国际癌症研究机构列为一级致癌物。实验数据显示，仅采用常规微生物降解技术时，VC的累积量可达原始污染浓度的35%-42%，这不仅造成二次污染风险，更对周边居民健康构成长期威胁。

针对传统生物修复技术的瓶颈，研究团队开发了"物理吸附-生物降解"协同修复体系。通过优化炭化工艺参数，制备出比表面积达823 m2/g、孔径分布集中在0.5-5 μm的竹笋壳生物炭（BC600）。这种多孔材料不仅对TCE具有1.2 mg/g的吸附容量，更通过表面官能团与微生物胞外多糖的相互作用，成功将Dhc CWV2菌株的生物膜形成率提升至78.6%。值得注意的是，生物炭特殊的蜂窝状孔隙结构为微生物提供了立体生长空间，使脱氯菌的定植密度达到普通载体材料的3.2倍。

在微生物调控方面，研究创新性地构建了以Dhc CWV2为核心的复合菌群体系。通过连续21天的补料批次实验发现，该菌株在生物炭载体上的脱氯效率较平流式反应器提高41%，且能持续维持VC去除率在92%以上。16S rRNA测序揭示，生物炭表面形成了稳定的"产氢菌-脱氯菌-电化学菌"共生网络：产氢菌（如Intersalmobacterium sp.）通过代谢产生的氢气作为电子供体，电化学活性菌（如Shewanella sp.）则负责传递电子，最终由Dhc CWV2完成完整的脱氯反应。这种多组学协同机制使系统脱氯效率达到98.7%，较单一微生物体系提升2.3倍。

环境适应性测试显示，该修复体系在pH波动（6.8-8.2）、温度（20-35℃）及盐度（0-5000 mg/L）条件下均能保持稳定运行。特别值得关注的是生物炭对污染物迁移的调控作用——通过形成纳米级孔道（<0.2 μm占比达62%），有效截留了TCE和VC的挥发组分，配合菌株 CWV2 的完全降解能力，实现了从吸附固定到生物转化的全链条污染治理。

经济性评估表明，采用本地水竹笋壳制备生物炭的成本仅为商业活性炭的1/5，且能创造新的农业产业链。研究过程中开发的"竹笋壳-微生物"耦合技术包，已被台湾地区两家大型污染场地纳入综合治理方案，预计可使修复周期从传统方法的5-8年缩短至18-24个月。

该成果对污染修复领域产生三重影响：其一，首次证实竹类农业废弃物经高温炭化后具备生物降解功能载体价值；其二，建立微生物-材料协同作用的理论框架，为后续开发多相催化修复技术奠定基础；其三，开创了"污染治理-材料再生-农业经济"三位一体的循环模式，成功将台湾南投地区每年约2.3万吨的竹笋壳废弃物转化为环境治理资源。

后续研究计划将重点突破三个技术难点：首先优化生物炭表面改性工艺，提升对TCE的吸附选择性；其次开发智能型生物炭载体，实现污染物吸附-微生物激活的时空协同；最后建立基于区块链的污染治理服务系统，确保农业废弃物资源化利用的全流程可追溯。这些技术突破有望推动我国在工业污染场地修复领域实现从跟跑到领跑的战略转变。