揭秘石油烃污染土壤和地下水中 Fe (III) 的转化与归宿：原位生物修复的关键钥匙

为解决缺氧地下环境中 Fe (III) 生物可利用性低限制石油烃（PHCs）原位生物降解的问题，研究人员开展了关于 Fe (III) 在汽油污染地下环境中转化与归宿的研究。结果发现注入的柠檬酸铁铵转化为固相，部分作为电子受体参与反应。这为 PHCs 污染修复提供重要依据。

　　在神秘的地下世界，石油烃污染就像一场悄无声息的 “生态灾难”，正威胁着土壤和地下水的健康。在缺氧的地下环境中，Fe (III) 作为微生物降解石油烃（PHCs）的关键角色，其生物可利用性却很低，这就好比给微生物的 “美食供应” 上了一把锁，严重限制了 PHCs 的原位生物降解进程。此前研究虽发现螯合剂等能增加 Fe (III) 的可用性，但注入地下后，Fe (III) 的命运却充满不确定性，它在土壤和地下水中能否维持较高浓度？会发生怎样的化学变化？这些问题如同迷雾，笼罩着科研人员，也成为阻碍 PHCs 污染治理的关键难题。

为了驱散这团迷雾，来自加拿大的研究人员踏上了探索之旅。他们在加拿大艾伯塔省斯托尼平原一处受汽油污染的场地开展研究，试图揭开 Fe (III) 在污染地下环境中的转化与归宿之谜。最终，研究成果发表在《Geochemical Transactions》上。这一研究成果意义非凡，它为深入理解石油烃污染土壤和地下水的修复机制提供了关键线索，有望为未来更高效的原位生物修复技术奠定基础，就像为解决污染问题找到了一把 “精准钥匙” 。

研究人员采用了一系列先进的技术方法。首先，在样本采集方面，分别在污染场地采集了地下水胶体和土壤样本，其中土壤样本还采用了增量采样方法（ISM）获取不同深度的子样本。在分析技术上，运用 X 射线吸收光谱（XAS），在加拿大光源（CLS）的不同光束线对样本进行检测，通过铁 K 边 XANES 分析 Fe 的氧化态和配位环境；同时利用傅里叶变换红外光谱（FTIR），收集样本的红外光谱，从不同角度分析样本中 Fe 的化学形态。

研究结果如下：

• PHC 污染地下水的化学性质：PHC 污染的地下水化学性质在空间和时间上略有变化，pH 呈中性至微碱性，处于缺氧状态，溶解态 Fe 浓度远低于总 Fe 浓度，存在大量溶解有机碳和无机离子，硫酸根、碳酸氢根和氯离子是主要阴离子，Ca²⁺和 Mg²⁺是主要阳离子。
• Fe 在 GWCs 和土壤中的氧化还原状态和配位环境：通过对归一化 Fe K 边 XANES 的预边特征分析，发现 GWCs 中的 Fe 主要以八面体配位的 Fe (III) 存在，土壤样品中既有八面体配位的 Fe (III) 也有 Fe (II)。随着时间推移，土壤中八面体配位的 Fe (III) 含量减少。
• 地下水胶体和土壤中的 Fe 相：线性组合拟合（LCF）结果显示，注入的柠檬酸铁铵已转化为其他相。GWCs 中的主要 Fe 相有 Fe (III)-OM、硫酸绿锈等；土壤样品中的主要 Fe 相有 Fe (III)-OM、磁铁矿、CaFeSi₂O₆等。
• ATR-FTIR 光谱分析：GWCs 和土壤样品的 ATR-FTIR 光谱存在明显差异，GWCs 光谱中存在与有机物质相关的峰，表明 Fe (III) 与有机物发生了相互作用。

研究结论和讨论部分表明，注入的柠檬酸铁铵转化为固相 Fe 相。在地下水中，Fe (III) 与有机物、无机配体反应形成多种固相，如 Fe (III)-OM、硫酸绿锈、氯绿锈等，这些反应既受到地下水化学组成的影响，也与 Fe (II) 的催化作用和微生物活动相关。在土壤中，Fe (III)-OM 的减少和磁铁矿等还原产物的存在，说明 Fe (III) 被微生物还原。同时，研究还发现 Fe (II) 催化的 Fe (III) 氧化物转化和有机物对其的抑制作用可能同时发生。总的来说，该研究揭示了 Fe (III) 在石油烃污染地下环境中的转化和归宿，为理解土壤和地下水中的铁地球化学过程提供了重要依据，为优化原位生物修复策略提供了理论支持，有助于推动石油烃污染场地的修复进程，在环境科学和工程领域具有重要的应用价值 。