微生物在多孔介質中環境行為研究

張文靜,秦運琦,劉 丹,馬添翼,厲曉飛

微生物在多孔介質中環境行為研究

張文靜1,2*,秦運琦1,2,劉 丹1,2,馬添翼1,2,厲曉飛1,2

(1.吉林大學地下水資源與環境教育部重點實驗室,吉林 長春 130021；2.吉林大學新能源與環境學院,吉林 長春 130021)

多孔介質中的致病細菌及病毒等病原微生物遷移研究對保護飲用水資源具有重要意義.在歸納總結國內外已有研究資料的基礎上,對微生物在多孔介質中遷移行為進行了分析.研究表明病原微生物作為生物膠體的一種,在遷移過程中受多種遷移機制共同作用.除常見水動力條件和水化學條件外,微生物在遷移過程中還受自身性質,介質顆粒及環境因素的影響.在此基礎上,分別討論了微生物在飽和多孔介質與非飽和多孔介質中的遷移行為,并對近年來研究熱點及進展進行了簡要概括.目前微生物在地下水中遷移研究日益豐富,但由于地下環境復雜性,微生物的易變異性,對于地下水系統中微生物造成的污染去除修復還需進一步探討.

微生物；多孔介質；遷移機制；生物膠體；運移和沉積

研究發現,由于污水處理不當使得含水層,地下水和飲用水中都存在大量致病微生物,對土壤及地下水造成嚴重污染[1-3].膠體由于其具有較大的比表面積及大量吸附位點可作為一種吸附載體.在地下水資源保護方面,膠體可實現對地下水系統中其他微量元素及有機組份的協同遷移,同時對去除污染物也有重要作用[4].病原微生物如病毒, 細菌等屬于生物膠體范疇,在地下水系統中不但可以自身遷移,也可作為載體實現與其他污染物的協同遷移.因此探討微生物在多孔介質中的遷移不僅對地下水資源保護,地下水中病原體風險評估具有重大意義,也對生物修復治理,供水系統設計具有重大意義.

病毒及細菌常被用作生物指示劑,反映生物膠體在多孔介質中的遷移情況.為探究微生物在多孔介質中的運移過程,國內外學者開展了大量室內柱實驗及場地試驗.孔隙尺度可視化技術的改進為微生物在飽和及非飽和介質中的遷移研究提供了便利[1].隨著研究的不斷深入,國內外專家在實驗設計、理論研究、測試方法、探究內容等方面都有較新進展.我國學者畢永強等[2]發現采油微生物在多孔介質中運移受到平衡吸附和架橋篩分的共同作用.同時唐朱睿等[3]指出胞外呼吸菌在與污染物協同遷移中可以降解污染物,對污染物原位修復上具有重大意義.本課題組主要討論了不同水動力、水化學條件下,大腸桿菌噬菌體在飽和多孔介質及非飽和多孔介質中的遷移轉化,同時對噬菌體與其他膠體的協同遷移展開探討[4-5].在指示微生物選擇方面,相比于常見的陸地微生物, Ghanem等[6]選取了海洋噬菌體探究其在多孔介質中的遷移規律.同時微生物與其他膠體或污染物的協同作用也成為當先研究熱點.Walshe等[7]研究發現高嶺石膠體的存在可以促進病毒礫石含水層中的遷移.這些研究為保護地下水資源、飲用水資源和評估病原體污染的風險提供了諸多參考資料.

本文在檢索國內外相關研究的基礎上,主要總結了微生物在多孔介質中遷移的研究現狀與研究進展,對其在多孔介質中的沉積與遷移機制進行了總結與討論.同時對微生物在飽和多孔介質與非飽和多孔介質中的遷移行為進行分析,并總結了微生物在多孔介質中的研究熱點,為今后微生物在多孔介質中的遷移研究提供依據與參考.

1 微生物在多孔介質中的遷移機理

微生物在多孔介質中的遷移過程實際上是膠體隨水流在孔隙中的運移過程[8].在運移中,膠體會發生運移、釋放、沉積.遷移過程受多種機制共同作用,同時也受到膠體粒徑、介質顆粒大小、介質形狀、表面粗糙程度、孔隙尺寸、孔隙水化學性質等因素影響[9].遷移機理的中文表述目前國內還未統一,這里給出較常用的表述方法.微生物在地下多孔介質運移過程圖參照Zhong等[10]對生物表面活性劑增細菌在多孔介質中的遷移研究見圖1.

圖1 微生物在地下多孔介質中運移過程示意

1.1 對流-彌散

微生物作為生物膠體,在多孔介質中的遷移受地下水水力驅動,與溶質運移基本相似.微生物在隨孔隙水運動時會發生對流,受水力梯度,孔隙度和滲透率等影響[11].由于流場的不均一性以及膠體在通過多孔介質時發生扭轉,對流過程中也會產生彌散.由于布朗運動引起的擴散與分子或膠體顆粒的質量成反比,因此溶質遷移程度比生物膠體高.流場具有復雜的孔隙網絡,粒徑較小的微生物更易沿流線運動至滯留區,在滯留區發生沉積.對于較大的微生物,相比于擴散阻塞占主導地位.

1.2 孔隙阻塞

孔隙阻塞同樣被認為是自然環境中影響微生物遷移的重要機制[12-13].孔隙阻塞是指多孔介質的部分孔隙由于過小而不能使生物膠體通過的過程[14-15].孔隙阻塞速率系數與膠體和介質直徑的比值呈線性正相關[15-16].介質顆粒的形狀與大小具有不規則性,其表面粗糙程度也被認為是影響孔隙阻塞發生的重要因素[17-20].自然條件下,由于顆粒組成復雜,多孔介質的孔隙尺寸范圍較大[21].同時研究指出物理、化學因素以及流動流體力學因素共同影響多孔介質中的膠體孔隙阻塞[22].

1.3 吸附

在多孔介質中孔隙的尺寸遠大于微生物粒徑,因此微生物在多孔介質中的主要的沉積行為為吸附[23].靜電作用力、范德華力、疏水作用力等共同影響微生物沉積于多孔介質表面[24].基于DLVO 理論,微生物顆粒的吸附過程可以分為可逆吸附和不可逆吸附.可逆吸附是一種微生物與介質之間相對較弱的相互作用,作用強度取決于溶液中離子強度及化學成分.不可逆吸附是一種涉及大量能量的永久相互作用.隨著離子強度的增加勢壘逐漸消失,微生物在介質表面發生不可逆沉積[8].疏水相互作用是影響細菌粘附的一個重要因素[25].

1.4 沉積

沉積作用同樣被認為是影響微生物在多孔介質中沉積的重要影響因素[26].這里介紹兩種沉積機制(阻塞型沉積和熟化型沉積).阻塞型沉積是指當微生物沉積于介質表面時會減少其他細胞附著的附著面積[27].國外學者早期研究發現,阻塞型沉積的發生會降低膠體對土壤的整體沉積,并且沉積發生時對介質的覆蓋與膠體的類型有關[28].熟化型沉積是指已經沉積于介質的微生物作為額外的收集器為在多孔介質中移動的生物膠體提供沉積位點.當微生物沉積于介質表面時會增加沉積點位進而促進其他膠體粒子的沉積.

2 微生物環境行為研究理論及檢測方法

描述微生物在多孔介質中的行為特征與膠體相似,大多采用依據穿透曲線計算膠體質量回收率,對膠體沉積與運移進行判斷[29-30].利用DLVO理論,判斷膠體在水溶液中的穩定情況,進而判斷膠體的沉積與運移為微生物在多孔介質中的運移行為影響提供理論依據[31-32].除此之外隨著研究的不斷發展,在基本理論基礎之上,新的研究理論不斷豐富來支撐研究結果.在這里給出幾種經典理論及最新理論研究.

2.1 Re及質量回收率

R是生物膠體穿透曲線質心和示蹤劑穿透曲線質心的比值,通常反映了在整個實驗過程(包括注入和沖洗階段)流速對微生物遷移的影響[33].微生物(或示蹤劑)的質量回收率則表示細菌及病毒在實驗過程中的流出端檢測到的遷移量占注入膠體總量的百分比,反映微生物在多孔介質遷移過程中沉積量與遷移量的關系.本課題組前期在探究病毒在飽和多孔介質的實驗中,選用碘化鉀作為示蹤劑,并計算R值.結果表明隨著離子強度的增加R值隨之增加,說明膠體病毒的遷移率逐漸降低[4].

除測量出流處質量回收率外,近期研究中還對沉積在介質上的膠體計算質量回收率. Dong等[34]在遷移實驗后,將石英砂分為10份放入帶有福爾馬林及NaOH的水溶液中震蕩30min,使吸附于介質表面的大腸桿菌解吸,計算其質量回收率.這種方法使得沉積量的計算更為精確,但也不排除微生物自身失活等帶來的誤差.

2.2 膠體過濾理論

膠體過濾理論基于一維對流擴散方程來研究膠體在多孔介質中的遷移規律.經典膠體過濾理論定量比較了生物膠體在介質上的附著情況,用膠體沉積速率常數(att)反映膠體沉積速率的大小[35]. Syngouna等[36]在探究人腺病毒與黏土膠體和二氧化鈦納米顆粒協同遷移的實驗中,利用膠體過濾理論判斷病毒在多孔介質表面的沉積情況.計算結果表明,在協同條件下碰撞效率隨流速增加而增大.說明在較大流速下,病毒在被介質吸附的概率更大.

然而研究表明經典膠體過濾理論也有一定的局限性.Sasidharan等[37]認為依據膠體過濾理論研究細菌在多孔介質中的遷移和滯留時通常假設影響因素與流速無關.然而隨著研究發現,流速明顯影響膠體過濾理論中的眾多參數.

2.3 DLVO理論及XDLVO理論

DLVO理論常被用來描述生物膠體在多孔介質中的穩定性[38].膠體顆粒之間或顆粒與介質之間存在相互吸引的范德華力和相互排斥的靜電斥力.兩者之間的合力反映膠體顆粒是發生吸附聚沉還是保持分散穩定的狀態[33].Syngouna等[39]指出當總的勢能為正,表明膠體間為斥力,膠體在懸浮液中較為穩定,不易發生沉積.勢壘的變化與介質表面粗糙度密切相關.介質表面越粗糙,微生物與介質之間的勢壘越低[40].

研究發現由于存在范德華力及靜電力以外的作用力,傳統的DLVO理論并不能很好地解釋實驗結果.隨著探究的不斷深入,國內外專家學者提出了擴展DLVO(XDLVO)理論. Attinti等[41]用DLVO及XDLVO理論討論了人類腸道病毒在有針鐵礦包覆的砂表面沉積情況.Park等[31]利用DLVO理論與XDLVO理論表征大腸桿菌噬菌體在氧化鐵包覆的砂上沉積情況,其計算結果沒有明顯不同.事實上XDLVO理論中除考慮靜電力及范德華力外還考慮疏水作用力,對比可知在沉積過程中疏水作用力不起主要作用.Bai等[42]在討論在非飽和條件下細菌多孔介質中的沉積發現初級勢阱不存在,表明細菌在固-水及氣-水界面上不會發生沉積.

2.4 檢測方法

微生物在多孔介質中遷移研究除用到上述的理論基礎外,還有許多檢測手法來表征膠體在多孔介質中的遷移行為.電鏡掃描(SEM)是常見測試手法,主要用來觀察微觀條件下介質顆粒表面特征,微生物自身形狀,及膠體在多孔介質中的沉積情況[4].馬爾文檢測在微生物遷移研究中用來判斷不同條件下微生物表面電勢及粒徑大小[42].這里總結了微生物研究中常見的幾種檢測方法見表1.

在基礎的檢測方法上,一些新的檢測手段也被廣泛用于微生物遷移實驗中.磁共振成像被用來研究微生物在微觀孔隙中的行為[43].原子力顯微鏡(AFM)具有高精度以及高靈敏度,被用來探究微生物的立體形態和結構等[44].Wang等[45]用SEM及AFM檢測膠體的粒徑高度及形態等.在其他物質的行為判斷中,一些學者利用三維熒光光譜技術探究如苯乙烯等有機物,以探究污水處理情況[46-47].三維熒光光譜技術在微生物方面的應用有待驗證.

表1 地下水中常見微生物檢測方法

3 微生物在多孔介質中遷移影響因素

微生物在多孔介質中遷移受諸多因素影響.除膠體自身性質和介質外,水動力、水化學因素,及環境因素都會對微生物遷移產生影響[38].近年來,國內外專家除對單一因素開展更為細致深入的討論外,對多種因素協同作用進行了分析研究,同時對微生物與其他膠體及污染物的協同作用也開展了大量探究.盡管如此微生物在多孔介質中的遷移仍是極為復雜的過程,需要不斷深入思考.

3.1 膠體自身因素

關于微生物自身性質對其在多孔介質中遷移的影響,隨著探究的深入及拓展得到不斷發展.一些研究表明微生物自身形態及粒徑大小主要影響生物膠體在多孔介質中的阻塞和吸附過程[53-54]. Pelley等[55]指出膠體粒徑越大與多孔介質發生碰撞效率的機會越大.關于細胞自身結構探究,早期Gannon等[53]認為細胞在土壤中的遷移與其大小密切相關,與鞭毛的存在無關.近來一些學者通過研究發現,鞭毛可使細胞自身具有運動能力,增加細胞與介質表面的碰撞效率,從而增強細菌的吸附能力[56].其他類型生物膠體則主要靠水流或布朗運動向介質表面移動[57].

在病毒研究方面,除常見的大腸桿菌噬菌體(MS2,T-3,ΦX174)外,人腺病毒(hAdVs)也用作探究對象來研究病毒微生物在多孔介質中的遷移. Kokkinos等[58]指出相同孔隙水流速實驗條件下,人腺病毒的質量回收率都小于大腸桿菌噬菌體.近些年海洋噬菌體作為新的指示劑來探究微生物在多孔介質中的遷移.Ghanem等[6]通過5種海洋噬菌體及兩種常見大腸桿菌噬菌體探究噬菌體大小,形態及表面性質對其在多孔介質中遷移的影響.

3.2 水動力及水化學因素

微生物在多孔介質中遷移受水動力條件影響,遷移行為隨擾動強度的變化而變化.此外, Vasilladou等[59]研究發現較高的孔隙水速度會導致細菌在介質中的停留時間縮短,從而降低細菌吸附的可能性.Masciopinto等[60]指出裂隙流的擾動會導致病毒的再懸浮,土壤的不均一性也會使在裂隙水流中產生較強的瞬時解吸.

近年來,對水動力因素研究更為細致,研究發現,流速影響眾多參數變化.Sasidharan等[61]從介質表面的相互作用能、細胞停留時間和轉矩平衡等方面討論孔隙水流速影響大腸桿菌在多孔介質中遷移行為.研究發現隨著滯留時間的增加及流速的減小,細胞與介質表面的粘滯力增加.

微觀角度及生物化學角度應用于解釋水化學條件對微生物遷移的影響.pH值的增加會導致細胞壁中羧基和氨基基團的離解,從而使細胞表面帶負電荷.使微生物在多孔介質中的沉積量降低[62]. Zhang等[63]認為離子強度的增加會促進細菌及病毒的吸附,主要原因是由于離子強度的增加會在生物沉積過程中使勢壘衰減.多價陽離子具有增強細胞吸附和減少細胞遷移的能力[64-65].與單價陽離子相比,二價離子(如Mg2+和Ca2+)的存在明顯減弱了細菌的轉運[66].

由于地下水環境的復雜性,對其他鹽溶液也進行了討論研究.在考慮離子強度對細菌遷移影響的同時,探討多種因素的協同作用機制.Dong等[34]研究表明懸浮液中的硅酸鹽存在使細菌在無鐵包覆的石英砂中遷移量減少.相比之下,在有鐵礦物包覆砂中遷移量增加.原因推測為硅酸鹽離子會與細菌爭奪有鐵礦物包裹砂上的吸附點位.

3.3 介質顆粒因素

介質顆粒大小及介質表面性質同樣影響微生物在多孔介質中的遷移.Chrysikopoulos等[67]認為MS2和ΦX174在石英砂上的沉積主要取決于石英砂的粒徑大小,噬菌體的沉積與介質顆粒的大小呈負相關.

多孔介質表面結構復雜多樣.一些多孔介質表面含有金屬氧化物等礦物改變介質表面電荷,對微生物的吸附和遷移具有影響[31,62].Yang等[68]研究發現附著在多孔介質表面的有機物會增加陽離子交換能力,從而影響細菌的遷移.同時Dong等[69]指出在硅酸鹽會與大腸桿菌爭奪鐵礦包覆砂上的吸附點位,促進細菌的遷移.Bozorg等[70]研究發現,相比于單一的玻璃珠,有生物膜包裹的玻璃珠對微生物的吸附量更大.

天然環境下,由于粘土顆粒的比表面積較高,使微生物與土壤顆粒間的作用力較強[59,71-72].Balkhair等[73]指出,相比于農業土壤,糞便細菌在城市土壤的沉積量更多,推測可能由于城市土壤大多為粒徑較小的砂,介質面積更大有利于細菌的沉積.同時相比于農業環境,城市中水流速較低同樣有利于細菌沉積.

3.4 其他因素

微生物濃度同樣影響生物膠體在多孔介質中的遷移和沉積[74].Zhang等[75]認為,病毒在介質表面沉積量是濃度的函數,增加注入病毒的濃度可以增加膠體在介質表面的沉積.溫度是決定吸附動力學和熱力學的關鍵因素.溫度影響細胞表面疏水性、細胞外聚合物在細菌表面的構造[23,76-77].同時溫度對微生物的活性也具有影響[8].Chrysikopoulos等[67]指出,在靜態條件下,溫度對石英砂吸附病毒有顯著影響.

表面活性劑具有修飾細菌細胞和多孔介質表面性質的能力成為研究熱點.Grna等[78]和Zhang等[79]指出表面活性劑降低了細菌的表面疏水性,增強了細菌在多孔介質中的遷移能力.由于細胞表面存在羧基和磷酸鹽等陰離子表面基團,細菌細胞表面帶負電荷.離子表面活性劑可以通過附著在細胞表面改變細菌細胞表面電荷,來中和或增強細胞表面的原始表面電荷[80].

4 微生物在多孔介質中的遷移

地下水環境結構復雜,微生物作為生物膠體,既可以獨自在多孔介質中遷移,也可與污染物結合通過多孔介質到達地下含水層[81].研究微生物在多孔介質中的沉積遷移情況,對保護地下水資源,實現地下水修復具有重要意義.圖2為微生物在對飽和多孔介質及非飽和多孔介質中遷移示意.

圖2 微生物在對飽和多孔介質和非飽和多孔介質中遷移示意

4.1 微生物在飽和多孔介質中遷移

飽和多孔介質主要指地下水系統中的飽水帶,又稱飽和帶.飽水帶巖石孔隙全部為液態水充滿,且水體是連續分布的,在具有水頭差的作用下可發生連續運動.在飽和多孔介質條件下,不同水動力條件及不同水化學條件成為影響膠體遷移的主要影響因素[12,61,82-83].微生物在飽和多孔介質中的沉積和運移行為一直受到眾多學者的關注與研究.

從理論上講,微生物隨流體在介質中運移時,受水動力的影響會沿流體的流線方向運動,當流線與介質顆粒表面之間的距離小于微生物的半徑時,細菌及病毒被攔截于介質表面.微生物的布朗運動也會使自身接近于介質表面時,發生吸附.微生物還受到重力的影響沉積于介質表面,即重力沉降[29].對微生物在飽和多孔介質中的遷移規律研究大多在實驗室利用柱子實驗進行.理論研究及實驗研究都探討了孔隙水溶液化學,流體速度,介質結構,溫度等諸多條件的作用[61,67,84].微生物的遷移能力與其表面電荷密切相關[85].研究表明, pH值在2~8的范圍內,微生物普遍帶負電[86].微生物表面負電荷減少,降低微生物與介質間的斥力,抑制了細胞的遷移. Huysman等[87]研究發現表面疏水的細菌及病毒能更有效的吸附于介質表面.微生物的穩定性也受表面疏水性影響[88].若微生物為疏水性膠體則較不穩定,易聚集成大顆粒,影響膠體在飽和多孔介質中的遷移[89].

Syngouna等[36]指出在飽和多孔介質條件下人腺病毒的遷移受黏土及納米顆粒影響,協同遷移的過程中,隨著流速增加,膠體顆粒的碰撞效率也隨之增加.Zhang等[90]對飽和條件下病毒與針鐵礦間的相互作用開展了室內實驗.研究表明,隨著溶液pH值的降低,噬菌體在針鐵礦上的附著量增加.王芳等[91]指出水體中膠體對銅綠微囊藻生長具有促進作用.朱維晃等[92]探討了微生物異化還原針鐵礦膠體的動力學特征及影響因素為有機物及重金屬造成的水環境污染提供參考.

4.2 微生物在非飽和多孔介質中遷移

微生物通常由土壤表面或隨污水廢水,化糞池系統等進入地下環境.相比于飽和地下水系統,微生物在非飽和系統下的沉積及遷移行為更加復雜[32].除了在飽和多孔介質中發生的沉積機制外,由于氣相的存在為膠體沉積提供了新的吸附位點會使病毒的遷移與沉積發生改變[93-94].微生物在非飽和多孔介質中的行為本質上是與空氣、水和固體顆粒相互接觸的行為.此外,在非飽和多孔介質中,微生物可以在包裹于介質顆粒的薄膜中保留下來[95-96].

微生物在非飽和多孔介質中的遷移同樣受到水動力和水化學因素的影響.當非飽和多孔介質存在時,瞬態效應更加復雜.非飽和介質中存在優先流,同時非均勻性會引起流速的較大變化增加擴散.Mitropoulou等[32]研究了不同飽和條件下親水性乳膠粒的遷移和沉積行為,發現隨著含水量的降低,膠體沉積速率增加.地下水中瞬變流的條件,及變飽水度對病毒沉積于固-水界面及氣-水界面產生連續再分配.微生物顆粒之間的相互作用可以聚集成團運移或吸附于介質表面,也可以與多孔介質體系中的氣泡一同運移.人們生產生活中的農業灌溉,人工回灌及自然界中的降雨入滲,也會對微生物形成再分配進而影響微生物的遷移過程.

國外學者開展了病毒在飽水帶和包氣帶遷移行為研究的室內柱實驗,實驗表明由于氣體的存在,病毒在非飽和介質中的沉積量明顯高于飽和介質中的沉積量.并且介質含水量越低,沉積的病毒量越多[30].Torkzaban等[97]和Kim等[98]針對氣-水界面在非飽和介質中對微生物沉積的影響展開了實驗研究,結果表明靜電作用對微生物在氣-水界面上沉積的影響比微生物自身的親疏水性要強.其他探究指出,溶液的離子強度會顯著影響生物膠體的沉積和遷移[99].隨著離子強度的降低,細菌對帶負電荷石英砂的粘附效率和粘附率降低[100].這是由于細菌單收集器表面的雙電層厚度增加.

5 微生物在多孔介質中遷移進展討論與展望

隨著研究的不斷發展,對微生物在多孔介質中遷移行為的研究更為深入,研究角度更為開闊.由于地下環境中物質的復雜多樣性,除常見的影響因素外,一些專家學者考慮到多學科交叉影響,對生物因素也進行了討論.Zhong等[101]討論了低濃度的鼠李糖脂對銅綠假單胞菌在理想多孔介質種的遷移影響.實驗過程中選取表面親水及表面疏水的玻璃珠用作填充介質.結果表明表面疏水介質對細菌在多孔介質表面沉積具有重要作用,低濃度的鼠李糖脂促進細菌在介質中的遷移.Dan等[102]還探究了雙酚A(Bisphenol A)對細菌在石英沙中遷移的影響,結果表明分子疏水性使雙酚A與細菌競爭介質表面的吸附位點增加細菌在多孔介質中的遷移量.袁瑞強等[103]認為在不利的吸附條件下,通過提高環境的pH值可以使吸附在初級勢阱中的膠體解吸下來,從而降低膠體的吸附能力.

依據已有的室內實驗研究,微生物在多孔介質中的行為在實際場地進行開展.Kvitsand等[52]認為在流速較快的場地條件,寒冷的氣候中和氧化物的存在阻礙了病毒的遷移,同時降低了病毒的活性.同時場地環境中存在優先流以及污染物的可逆吸附會增加污染物運移的風險.在低氧環境下微生物的去除是有限的.Hornstra等[104]研究表明,在低氧條件下,遷移時間、垂向遷移距離以及孔隙水流速均對病毒的遷移具有影響.同時微模型及流通池被用來研究細菌及病毒的沉積與解吸[105-107].

對于今后微生物在多孔介質中的遷移研究,應在已有的研究理論基礎上繼續豐富研究方法和測試手段,為微生物在多孔介質中遷移提供可靠依據.同時多種因素的共同作用對微生物的遷移影響仍需進一步探究.相比于飽和多孔介質,微生物在非飽和多孔介質中的遷移更為復雜.由于氣-水界面的存在,對微生物在多孔介質中的遷移有膠體影響.探究不同水動力水化學因素及環境因素對生物膠體在非飽和多孔介質中的遷移影響對地下水污染修復具有重大意義.微生物與其他膠體及污染物的協同遷移同樣對地下水污染治理具有重要意義.在修復已污染的地下水過程中,地下水的保護及污染物的源頭治理更為重要,應引起廣泛關注.

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致謝：對課題組所有科研工作人員,及從事污染水文地質的科研人員表示感謝.

Transport behavior of microorganism in the porous media.

ZHANG Wen-jing1,2*,QIN Yun-qi1,2, LIU-Dan1,2, MA Tian-yi1,2, LI Xiao-fei1,2

(1.Key Laboratory of Groundwater Resources and Environment, Ministry of Education, Jilin University, Changchun 130021, China；2.College of New Energy and Environment, Jilin University, Changchun 130021, China)., 2018,38(10)：3975~3984

Understanding the fate and transport of pathogenic microorganisms in porous media is of great significance to protect water resources. On the basis of the previous research at home and abroad, the migration behaviour of microorganisms in porous media has been summarized. Several studies have shown that, pathogenic microorganisms as a kind of biocolloid, its transport will be controlled by a series of complex mechanism. In addition to the common hydrodynamic and hydrochemical conditions, microorganisms are also affected by itself characteristics, medium particles and environmental factors during the migration process. On this basis, the migration behaviours of microorganisms in saturated porous media and unsaturated porous media have been discussed, and the research focus in recent years have also been briefly summarized. At present, a great number of related researches about this topic have been published. However, due to the complexity of underground environment and the variability of microorganisms, it is necessary to further discuss the remediation of microorganism pollution in groundwater system.

microorganism；porous medium；migration mechanism；biocolloid；transport and deposition

X172

A

1000-6923(2018)10-3975-10

張文靜(1980-),女,山東臨沂人,教授,博士,主要從事污染水文地質方面研究.發表論文20篇.

2018-03-24

國家自然科學基金資助項目(41472215,41877175);高等學校學科創新引智計劃資助項目(B16020)

* 責任作者, 教授, zhangwenjing80@ hotmail.com