生物表面活性劑強(qiáng)化脫氯菌去除三氯乙烯的研究.pdf

1、作為一種重要的揮發(fā)性有機(jī)溶劑，三氯乙烯(TCE)的廣泛應(yīng)用和不合理的處置方式，成為了污染土壤和地下水的主要來源之一。因此，尋找一種降解效率高又無二次污染的修復(fù)技術(shù)一直備受關(guān)注。
　　由于TCE化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，一旦進(jìn)入包氣帶和地下水，通常會以非混溶殘余液相、溶解相、氣相等多種形式長時(shí)間存在，造成其恢復(fù)治理的難度非常大。目前，原位微生物修復(fù)技術(shù)因其在去除效果、副產(chǎn)物污染、成本消耗和對周圍生態(tài)環(huán)境影響等方面的優(yōu)勢，被各國普遍所采用，但

2、是，微生物修復(fù)需要在水溶液中進(jìn)行，而TCE是典型的疏水性有機(jī)污染物，水溶性極低，因此需要借助某種手段解決二者之間的接觸問題，于是加入表面活性劑以提高TCE在水中的溶解度的方式應(yīng)運(yùn)而生。
　　然而，表面活性劑的加入在增溶TCE同時(shí)，是否還會帶來一定的負(fù)面影響。因此，選擇合適的表面活性劑是疏水性有機(jī)污染物增溶修復(fù)的關(guān)鍵。篩選表面活性劑時(shí)，除了考慮表面活性劑的增溶能力來增加脫氯菌與TCE的有效接觸外，還要考慮其本身的毒性、生物可降解性和

3、二次污染等。而目前系統(tǒng)全面地針對不同類型表面活性劑對某一類污染物增溶和降解影響的研究相對較少。
　　為此，本論文系統(tǒng)全面地研究了陰離子型十二烷基硫酸鈉(SDS)、非離子型聚氧乙烯辛基苯酚醚(TX100)、陽離子型十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)及生物表面活性劑鼠李糖脂和脂肽對以TCE為代表的一類污染物增溶作用的機(jī)理和對脫氯菌降解過程中相互影響。研究結(jié)果為:
　　1.生物表面活性劑的CMC值和HLB值均要小于化學(xué)合成表面活性劑

4、;五種表面活性劑濃度在CMC以上時(shí)，TCE在水相中的表觀溶解度隨表面活性劑濃度的增大而線性增大。質(zhì)量增溶比(WSR)和摩爾增溶比(MSR)為鼠李糖脂＞脂肽＞CTAB＞TX100＞SDS。相比于化學(xué)合成表面活性劑，生物表面活性劑僅在較低濃度條件下即可達(dá)到提高TCE在水中表觀溶解度的目的，其中以鼠李糖脂的增溶能力最強(qiáng)。
　　2.通過分配損失的測定，確定增溶作用主要發(fā)生在有機(jī)相中，是表面活性劑分子進(jìn)入有機(jī)相，與TCE分子發(fā)生作用，再將T

5、CE分子帶入水相中，從而使TCE被增溶。其中，CTAB和鼠李糖脂是增溶平衡實(shí)驗(yàn)中在水相分配損失最大的兩種表面活性劑，同時(shí)它們增溶能力也最強(qiáng)，說明進(jìn)入有機(jī)相中進(jìn)行增溶的表面活性劑，分配損失越大，其增溶效果越好。根據(jù)傅立葉紅外光譜圖和1H核磁共振譜圖可知，由于生物表面活性劑分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一個(gè)鼠李糖脂分子或脂肽分子中有多處化學(xué)鍵可以與TCE分子發(fā)生作用，則TCE被帶入水相中的分子數(shù)量越多，表觀溶解度就越大，其增溶效果越明顯。在化學(xué)合成表面活性

6、劑中，與增溶TCE有關(guān)的化學(xué)鍵在一個(gè)分子中僅有一處，這大大限制了其增溶能力。
　　3.只有菌存在的體系中，TCE初始濃度為30mg·L-1，在反應(yīng)24h時(shí)，TCE降解率為46.7％，且已經(jīng)產(chǎn)生了摩爾比為8.2的氯乙烯，4.2的乙烯，同時(shí)伴有甲烷和乙烷的釋放。但隨著反應(yīng)時(shí)間增加，由于TCE向二氯乙烯轉(zhuǎn)化速率最快，造成在100h以內(nèi)時(shí)，四種產(chǎn)物的含量并沒有發(fā)生很大變化;當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行125h，TCE降解率為96.7％，氯乙烯含量開始下降，

7、并且下降趨勢越來越明顯，較第一天下降45.1％，與此同時(shí)，乙烯和甲烷的含量開始上升，說明在這個(gè)階段，反應(yīng)主要是氯乙烯向乙烯的轉(zhuǎn)化過程，該過程是脫氯菌降解TCE的限速步驟。
　　4.在加入不同濃度生物表面活性劑條件下，TCE初始濃度為30mg·L-1，0.09g·L-1的鼠李糖脂和脂肽對脫氯菌降解TCE的促進(jìn)作用最為明顯。反應(yīng)110h時(shí)，對于只有脫氯菌的體系，TCE的殘留量為1.35 mg·L-1，而存在0.09 g·L-1鼠李糖脂

8、和脂肽的體系中，TCE的殘留量分別僅為0.67 mg·L-1和0.72 mg·L-1，降解程度為鼠李糖脂＞脂肽。對于兩種生物表面活性劑，乙烯、甲烷和氯乙烯的生成量均高于只有脫氯菌降解的情況。在反應(yīng)288h時(shí)，只有脫氯菌降解TCE生成的乙烯摩爾比為4.757，加入濃度為0.01 g·L-1鼠李糖脂和脂肽后對應(yīng)乙烯摩爾比分別為9.468和7.102，分別提高了99.0％和49.3％。生物表面活性劑雖然在高濃度時(shí)會對脫氯菌的生長產(chǎn)生一定抑制，

9、并且也降低了脫氯菌對生物表面活性劑的利用量，但仍優(yōu)于單獨(dú)脫氯菌存在時(shí)的情況。同時(shí)，鼠李糖脂無論是對脫氯菌生長的促進(jìn)還是脫氯菌對表面活性劑的利用情況，都要優(yōu)于脂肽。
　　論文首次全面地研究了不同類型的表面活性劑對TCE這類污染物增溶作用的機(jī)理，運(yùn)用傅里葉紅外光譜儀和核磁共振測定儀的表征手段，從分子結(jié)構(gòu)水平上解釋了生物表面活性劑增溶TCE的能力要強(qiáng)于化學(xué)合成表面活性劑的原因。同時(shí)，從多個(gè)角度證實(shí)了生物表面活性劑對脫氯菌降解TCE的強(qiáng)化