随着社会经济的快速发展，对石油等能源的需求不断增大，在石油的开采、运输、储存、加工等过程中，淋落、泄漏等事故时有发生，造成地下水土污染等一系列环境问题，对人体健康也构成了严重威胁。因此，石油烃污染物自20世纪八十年代开始便被世界各国高度重视，并开展了一系列对地下水石油烃污染物的修复治理研究工作。在众多的修复方法中，微生物修复技术由于其依靠天然衰减能力、不产生二次污染物、对生态环境和土地利用的干扰程度较小、修复费用低等优势而受到国内外关注。采用该技术对地下水土中石油烃污染物进行修复时，需要对受污染地下环境中的微生物降解机制、能力、效率、可持续性等进行分析和评价，而当评估结果显示利用本源微生物的自然降解能力去除污染物质的效果和效率不能满足要求时，需要进一步研究并实施强化微生物降解反应过程发生的强化修复方法，最终达到快速、有效地修复地下水土中石油烃污染物的目的。本次论文针对某石油污染场地，在充分总结已有研究成果的基础上，通过场地调查、风险评价、数据分析、数值模拟、现场试验等研究方法，综合利用场地地下水、土中的污染物、地球化学、同位素、微生物群落等指标的监测数据，确定了场地的污染状况，识别了微生物降解过程的发生和主要反应机制，并预测和评估了微生物降解作用的修复效果和可行性，在此基础上制定和实施了场地石油烃污染物的生物强化修复试验，通过对试验结果的分析，为场地进一步修复工作提出了合理方案。详述如下：场地含水介质中TPH在水平方向上主要集中在污染源附近的Z36孔位置，总体分布范围以Z38-Z36-Z33一线为轴向两侧扩展，在垂向分布上总体上由浅至深呈逐渐降低的趋势；地下水中的TPH分布状态受介质中污染物的影响，但与介质中TPH的分布又有所差异，表现在地下水中石油烃污染物在水平和垂向上扩散范围更广，说明地下水在溶解含水层介质污染物的同时，受到了污染物的对流、弥散过程的影响；通过对地下水中氡含量的分析，获得了与含水介质中污染物的分布和实测浓度较为吻合的结果，说明在实际研究工作中，可以考虑通过测试和分析地下水的氡含量，近似代替含水层介质污染物浓度分析的常规方法。污染场地地下水、土中主要的石油烃污染物为烷烃和芳烃类物质，以苯系物和萘、菲等物质为代表，针对其中的关注污染物进行了人体健康风险评价，研究结果显示：土壤和地下水中苯和萘所构成的致癌、非致癌风险值均超过限值，有必要开展系统的地下水、土污染修复工作，且二者中苯对场地人体健康的威胁更为显著，而各种暴露途径中饮用污染地下水途径对场地人体健康威胁最大。在确定场地地下水、土中石油烃污染现状的基础上，对场地监测期内地下水中总石油烃的时、空分布变化进行了分析，结果显示：场地污染晕轴线上典型监测孔中地下水的TPH浓度在2009.9~2013.11的监测期内总体上呈现出较明显的下降趋势，在空间分布上，地下水中TPH浓度由污染源向下游逐渐降低，至Z10、Z19等监测孔位置TPH浓度已基本维持在0.2mg/L以下水平，同时，场地地下水中TPH污染晕的分布范围在监测期内明显收缩，说明地下水中石油烃的自然衰减作用效果较为明显。在此基础上，根据场地监测井TPH浓度与时间关系，确定各监测点地下水中TPH衰减速率均值为0.0015day-1，与相关研究计算结果相类似。另外，地下水中TPH浓度动态变化特征的分析还识别出地下水与含水层介质中石油烃之间的溶解、吸附和解吸附等过程。通过对场地地下水中石油烃污染物的时、空分布变化特征的分析，识别了地下水中具有石油烃的自然衰减作用，为进一步直接证明石油烃微生物降解反应的存在，并确定其具体反应机制，对场地地下水中的水化学、同位素、微生物群落等指标含量的时、空分布特征进行了分析和计算，结果表明：在监测期内，位于场地地下水石油烃污染晕的下游和边缘位置的Z10、Z19等监测孔地下水中各指标均表现出类似于未受污染地下水的性质。在空间分布上，地下水中TPH、HCO3-、CH4含量总体上由污染源向下游逐渐减少，而SO42-含量则逐渐变大；在时间变化方面，随着地下水中TPH浓度逐渐降低，HCO3-、SO42-含量逐渐减少，而DO、NO3-、Fe2+，Mn2+等指标则稳定在较低水平，说明场地地下水中发生了石油烃微生物降解作用，而DO、NO3-、Fe3+，Mn4+等电子受体已经基本消耗殆尽，降解机制主要为硫酸盐还原作用和产甲烷作用。地下水中HCO3-含量的变化可以表征石油烃微生物降解作用的发生，但其含量可能受到多个过程和碳源的影响，为证明其含量的时空变化确实是由石油烃的生物降解作用引起，对地下水中无机碳的14C同位素进行了分析，结果显示，沿着污染晕扩散方向，随着TPH和DIC含量由污染源向下游逐渐降低，14C值表现出更趋于现代碳的性质，说明由于污染源附近污染更为严重，石油烃的微生物降解作用产生了更多的DIC，并使其中的14C值更趋于石油烃中含量（0pmc）。分析结果从同位素角度证明了石油烃微生物降解作用的存在。在环境污染微生物修复过程中，具有降解污染物效能的微生物是否存在以及微生物是否具有污染物降解基因，无疑是证明污染物生物降解作用发生的关键。采用聚合酶链式反应(PCR)技术与变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术,解析了石油污染地下水中细菌群落结构特征。分析结果表明，Dechloromonas aromaticaRCB、Pseudomonas putida、Pseudomonas protegens等多种具有降解石油烃效能的细菌在场地地下水中占优势地位。在确认场地地下水中石油烃微生物降解作用存在的基础上，对无机碳中13C,14C同位素和硫酸盐中的34S同位素、土壤中硫酸盐还原细菌群落结构特征等进行了分析，以进一步识别具体的降解机制，分析结果显示：Z8等孔地下水具有低δ13C,14C值，说明发生了不产甲烷的微生物降解作用，而E1等孔具有低14C和高δ13C值的地下水则表征了产甲烷的微生物降解作用的存在。对污染地下水和未污染地下水中δ13C,14C值的对比计算结果表明，沿着污染晕延伸方向，产甲烷作用来源的无机碳比例由28.5~32.0%下降到5.94~6.67%，在污染晕下游和边缘位置基本可以忽略。34S同位素分析结果显示，随着TPH和DIC含量总体上由污染源向下游逐渐降低，SO42-含量升高了约50mg/L，且其δ34S值由30.9‰逐渐降低到10.8‰，同时，多种具有硫酸盐还原效能的细菌在场地含水层介质中也占据优势地位，从而表征了以硫酸盐作为电子受体的石油烃降解过程的存在。根据对地下水中污染物微生物降解等机制的分析结果，建立了能够表达场地对流、弥散、吸附、生物降解等机制共同作用下的石油烃迁移转化数学模型，以此为基础预测石油烃含量在微生物降解等自然衰减过程作用下达到预期水平所需的时间，并评估微生物修复技术的可行性。结果表明：在微生物降解等各种自然衰减过程作用下，场地污染源处地下水TPH浓度降至0.05mg/L水平需要约6年的时间（从2013年11月开始）；而场地Z36孔的SO42-含量预测结果显示，地下水中SO42-含量在预测阶段缓慢升高，于2023年年底达到约35mg/L的水平。尽管模型计算结果显示场地污染源处地下水中石油烃将在6年后基本消失，但场地附近居民健康和自然环境在未来6年的时间里仍将受到地下水中石油烃的威胁，因此，有必要采取人工强化修复手段来刺激场地地下水中石油烃微生物降解作用的进行。根据场地石油烃降解反应机制、石油烃迁移转化模型预测的结果，设计并实施了向地下水中投加K2SO4的微生物强化修复试验，试验结果表明：随着K2SO4的投加，地下水中SO42-和TPH含量在7天之内即显示出降低趋势，且由实测结果计算获得的石油烃衰减常数高于场地天然条件下的速率水平，说明地下环境中的硫酸盐还原菌活性较强，投加电子受体起到了刺激微生物发生降解反应的作用；而试验进行20天后各指标基本又恢复到试验前水平，说明在场地的地下水流速条件下，试验投加的硫酸盐量不能维持石油烃降解作用的持续进行，因此，在实施场地修复工程时，需要考虑在污染源附近投加硫酸盐等刺激物质，且需要通过增大投加量或采取固定化的方式维持其强化修复作用的持续性。