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本研究以多环芳烃类污染物(PAHs)作为研究对象,应用电动-微生物联合修复技术强化土壤中PAHs的去除效果。实验用菌为从某重污染企业周边长期受PAHs污染土壤中筛选、分离并经复配实验制得的降解PAHs的高效混合菌。从电动修复过程对土壤理化性质、PAHs降解效率以及微生物数量的影响来评价该联合修复技术对PAHs类污染土壤的修复效果。同时考察了土壤质地对该修复过程的影响,探明不同土壤条件电动微生物修复各参数变化,对该技术应用于不同质地土壤中的现场修复提高一定的参考依据。在此研究基础上,本文还对电动-微生物联合修复过程机制进行深入研究,通过对电场不同空间中微生物和污染物空间分布的差异研究,探明电场、微生物和污染物三者之间的关系。取得的主要结论如下:
(1)从长期受PAHs污染土壤中筛选出8株PAHs降解菌。比较其对菲、芘和苯并[a]芘的降解性能,发现各菌对PAHs的降解性能不一致,其中假单胞菌(Pseudomonassp.)和考克氏菌(Kocuriasp.)是降解三种PAHs的优势菌。对各降解菌复配,得到高效降解PAHs的混合菌,其对PAHs的降解效率较单一优势菌的降解效率提高47.9%,对该菌适宜生长的环境条件研究发现,其在环境条件pH为7,温度为30℃,盐度为30mg/L时,活性最高。
(2)施加单向电场,可以导致土壤pH和含水率空间分布发生变化。pH变化表现为阳极酸化,阴极碱化。含水率由于电渗析流的作用表现为随着距离阴极距离越近土壤水分含量越高的现象。不同质地土壤中,pH和含水率变化程度不一样,砂土中土壤条件变化最剧烈。每4h切换电场极性,土壤pH和水分含量分布均一。
(3)1V/cm的电场作用强化了微生物对PAHs的降解效果。不同处理对多环芳烃的降解效率从大到小的顺序是微生物+切换电场>微生物+单向电场>微生物>切换电场>单向电场>空白对照,各处理与空白比提高了15.4~59.6%,微生物+切换电场降解率是单纯生物处理的1.7倍。
(4)电场对微生物数量和群落结构有影响。电场作用刺激了微生物生长,与不施加电场处理组相比,电场处理组微生物数量增多1个数量级;群落多样性提高,切换电场组微生物的多样性指数比单纯微生物处理组高25.53%。
(5)比较PAHs降解率、微生物数量及群落在电场空间分布发现,单向电场作用,PAH降解率和微生物数量以及群落多样性表现为:阴极>中间>阳极;切换电场作用,两极>中间。做降解率和微生物数量空间分布的相关性分析,30d后,相关性极好,Pearson相关系数大于0.914.
(6)研究电动-微生物联合作用对PAH类非极性有机污染物的去除机制,发现在土壤环境条件等控制良好的条件下,两者通过加和作用提高该类物质的生物降解效果。拟合曲线与实际降解曲线拟合度大于0.99。
通过以上研究,为PAHs类污染土壤的电动-微生物联合修复技术应用于实际提供了一定的技术参数,同时对该技术的作用机制初探研究为该技术应用中进行过程调控提供了可供参考的理论依据。