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1、持久性有机污 染物论坛 20 1 1 暨第六届持久性有机污染物全国学术研讨会论文集 原位电动微生物联用技术修复多环芳烃污染土壤的中试研究 Pil ot一s cale in sit uelectro k in etic bio remedia t io nof5 0 11 eo n t a m ina t ed by Po lycycl ica r o ma tichyd ro carbons ( PA H s) 张志远 , 王翠平 , 孙红文 , , 刘海滨 , 许伟 (南开 大学环境科学与工程学院 , 天津 , 3 0 0 07 1; * 联系人 , E 一m ail:su n ho ngw
2、 e n n a n kai . edu . e n ) (C o lleg e o fE n v ir o nme ntalSeie n c e a n dEngi n eerin g , Nan k aiUn i v e rsit y , Tia n jin , 3 0 0 0 7 1) 1 . 引言 多环芳烃(PA H s) 是土壤中常见污染物 , 由于具有潜在的三 致效应 , 受到广泛关注 。 在众多 PA H s 污染土壤的修 复方法中 , 微生物修复技术由于具有对环境干扰小 , 成本低 , 不产 生二次污染 等特点 , 一直倍受学术界和修复产业界的青睐 。 但是 , 由于 PA H
3、s的疏水性 、 稳定性 , 严重 限制了 其 生物可利用程度和生物修复速度 , 因此 , 通过采取 强化措施提高其 生物修复效率 就成为 生物修复 PA Hs污染土壤的关键 . 本研究运用的 电动微生物联合修 复技术是一种集微生物修复 、 电动修 复 、 电动注入营养物质 、 电动注入微生物剂于一体的新型辅佐技术 。 本研究在筛选 了新型 多环芳烃降解菌 , 并确定 了电动 - 微生物修复 的最佳运行模式和 方案 , 并对实际污 染场址土壤一北京焦化 厂土壤进行了中试研究 , 以期为有机污 染物土壤的修复提供一个崭新技术 。 2 . 材料与方法 2 . 1 受试土壤与实验装置 受试土壤来 自北
4、京市某废弃 焦化 厂 , 其 土壤 沙粒 、 粉粒和粘粒含量分 别为 6 3 . 5% , 34 . 2%和 2 . 3% , 有机质含量 为 1 . 0 3% , pH 为7 . 9 5 。 受试土壤在 实验前风干 , 过1 0 目筛 。 中试实验装置的主体部分是 由有机玻璃制成 , 其总长度为 15 0 cm , 直径为3 0 。m , 分为2段 , 每段实验装置可以单独工作 , 实验装置也可以增加 为更多土 壤室 。 实验装置共 2 个土壤室 , 3 个 电解室 , 每个土壤室长度为5 0 c m , 在其中轴线上设置一列 5 个采样口 ; 其两侧为 电极室 , 电极 采用石墨电极 ,
5、电极和 土壤间用滤板和滤纸隔开 ; 采用循环电解液法来控制 p H 值的变化 ; 电极 蓄水池为 电极 室提供电解 液 。 2. 2 中试实验设计 中试实验设置电压梯 度为 IV/ cm , 电解液为稍加 改动 的微生物培养营养盐 , 同时在 电解液中 加入表面活性剂轻丙基 一p一环糊精 (HPCD) , 表面 活性剂的浓度 为 1留L 。 中试研究采用的微生物 为课题组筛选分离出的特效降解菌一可可毛色二抱菌及焦化厂土壤 中筛选分离的混合菌群 ; 在 电 动修复过程中 , 实验前期为了更有效注入营养盐 , 每隔1 2小时变换一次 电场方 向 , 后 期考虑到微 生物的注入 , 将电场变换 时间
6、调整 为 2 天 。 实验同时设置对照组 , 对照组不添加 电场 , 其余条件 相同 。 中试实验设置 5 个采样点 , 位于土壤室 的中心线上 。 分别在第 10 , 2 0 , 3 0 , 6 0 , 10 0 天采样 , 测 定土壤 pH 、 电导 、 营养盐 、 酶活 、 多环 芳烃 降解 等的变化 。 3 . 结果与讨论 3 . 1 对土壤理化性质的影响 中试装置运行 lo o d , pH 值一直保持在 7 . 5 左右 , 说明本课题 组采用的循环两极 电解液的方 法可以有效的控制 pH 变化 。 电场存在的情 况下 , 电导率升高较快 , 而且终值 略大 。 lo od 结束时
7、 , 持久性有机污染物论坛 20 11暨第六届持久性有机污染物全国学术研讨会论文集 电场组土壤电导率为 19 6 一2 4 8 娜/ c m ; 对照组为 182 一2 2 0 “ s / cm 。 电导率增加 的原因之一是土壤中矿 物质的溶解 , 另一个原因是电解液中营养盐在电场作用下向土壤 中迁移 , 形成 更强的孔隙水离子 强度 。 因此可 以说 明 , 电场条件下营养盐更快更 多的进入土壤中 , 体现了电动注入营养盐的优势 。 3 . 2 无机盐的迁移变化 对于氨 氮 , 电场组和对照组都在第1 0d达到 了最高点(分别为1 2 7 .5m 岁L和 12 5 . lm留L) , 之后
8、开始降低 。 不 同之 处在于 , 电场组中氨氮值升高较快 , 降低 的也较快 。 研究中发现电场 组 的 电极室 中的氨氮含量显著低于对照组 。 电场对于无机盐 的迁移有重要 的促进作用 , 因此修复初 期 电场组比对照组中氨氮浓度高 ; 但是 , 同时 由于 电场对于微生物迁移的促进作用 , 使得电场 组中 微生物数量较多 , 所 以氨氮的降低也较快 , 氨氮消耗总量也较多 。 有效磷 的变化与氨氮类似 , 电场条件下有效磷 的浓度一直较对照组高 , 说 明电场对于维持 土 壤 中的有效磷有积极作用 。 电场组的 电极室中的有效磷含量低于对照组 , 但二者有趋于相 同的趋 势 。 这说 明
9、 , 电场对于磷酸盐 向土壤 的迁移有显著的促进作用 。 3 . 3 土壤酶活性变化规律 本研究选择多酚氧化酶 , 过氧化氢酶进行测定 , 以考察 土壤中微生物 活性 。 不管是电场组还 是对照 组 , 修复初期 , 土壤中的过氧化氢酶都有 一定的增加 , 土壤过氧化氢酶在第1 0天达到最高 点 , 在 电场 组和对照组不同采样 点最高酶活范 围分别为1 6一1 8 . 9 u . g 一和 1 6 . 5 一 1 7 . 0 u . g 一。 总体看 来 , 电场组土壤过氧化氢酶活性较对照组高 10% , 靠近电极 的部分土壤中过氧化氢酶活性高于其 他部分 。 修复初期 , 土壤中的多酚氧化
10、酶显著增加 , 在第1 0天达到最大值 , 为初始值的 7 倍以上 , 之 后慢慢降低 , 但是其含量 依然显著高于初始值 。 与过氧化氢酶类似 , 总体看来 , 电场组土壤多酚 氧化酶活性较对照 组高2 0%以上 。 两种酶活性的测定说明了在 电场存在 的条件下 , 微生物更 易于 向土壤中迁移 , 其活性也较对照组高 。 3 . 4 多环芳烃的降解效率 图 l为各个采样 点 1 6种多换芳烃总量 的去除效率图 。 由图可 以看出 , 在修复初期 , 对照组和 电动组的第 3 采样 点多环芳烃降解速 度较 J漫, 靠近电解液的点 降解速度较 快 , 这是由于在修复初期微生物没有 迁移至 3
11、号采样点 , 所以多环芳烃降 解情况不 理想 。 而到后期 , 随着微生 物 向土壤中的移动 , 远离电解液的采 样点处 多环 芳烃 降解量与两端不再有 显著差异 。 总体看来 , 在 电场 作用下 , 微生物迁移速度快于对照 组 , 多环芳 烃的降解速度较快 , 其在第 10 0 d距 离阳极不 同距 离 多环 芳烃 降解率为 2 6 . 0 一37 . 6%而对照组 为17 . 6 一22 . 4% , 因此电场作用下实际土壤 多环芳烃降 图L多环芳烃总量降解效率图(左 : 电动 , 右 : 对照) 解率是对照组 的 1 . 5 倍以上 。 4 . 结论 本研 究将电动 力学原位修复技术与传统 的生物修复技术相结合 , 并结合表面活性剂增溶技术 , 克服了目前制约微生物修复效率的瓶颈 问题 , 不改变土壤 的pH , 提高营养盐和微生物 的注入效果 , 使实际土壤 中多环 芳烃降解效率明显提高 ; 对中试实验参数进行矫正 , 可使这次研究开发 的技术 直接用于历史遗留污染现场的修复 , 并可使本技术很容易推广到其它有机 污染土壤的修复 中 。
