有機污染型河口潮灘的修復技術(shù)研究.pdf

1、有機質(zhì)在河口沉積物中的累積引起河口生態(tài)環(huán)境的退化,已成為沿海區(qū)域普遍存在的環(huán)境問題,因此,有機污染型沉積物的治理日益受到重視。目前常用的治理措施以物理、化學方法為主,雖然見效快,但成本高、對環(huán)境破壞大,而且不能從根本上解決污染問題。與物理、化學方法相比,微生物修復技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢,將高效微生物引入沉積物中,可降解其中的多種有機污染物,有效解決沉積物有機污染問題。本文以位于煙臺市牟平區(qū)的三八河河口污染潮灘為例,研究了有機污染型河口潮灘的

2、微生物修復技術(shù),先后比較了生物促進技術(shù)、生物強化技術(shù)和Fenton-微生物聯(lián)合修復技術(shù)對污染物的去除效果,探討有機污染的修復機制,并提出適宜的修復方案,可為有機污染型河口潮灘的實地修復工作提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。
　　 為了評價三八河河口潮灘中主要污染物的分布及土著微生物的修復潛力,研究了該潮灘的沉積物中w(TOC),w(油類),w(硫化物)和微生物的水平、垂直分布規(guī)律。利用單因子污染指數(shù)法對潮灘污染狀況進行了分析。結(jié)果表明:各

3、因子污染指數(shù)大小為:TOC＞硫化物＞油類,距離河口越近,表層(0～20 cm)沉積物的污染程度越高,說明潮灘沉積物的污染主要源于河流排污。在0～50 cm深度范圍內(nèi),w(TOC),w(油類)和w(硫化物)隨深度的增加呈先增大后減小的趨勢,污染物主要集中在5～20 cm深度范圍。微生物在潮灘中的分布規(guī)律表明,外源有機物的輸入可提高沉積物中異養(yǎng)菌數(shù)量(HBC)和呼吸強度,潮灘微生物可通過呼吸過程實現(xiàn)有機質(zhì)的礦化和輸出,具有一定的修復潛力。<

4、br>　　 為了促進沉積物中土著降解菌的生長,加快污染物的去除,向沉積物中投加NH4-N、NO3-N和PO4-P,通過測定處理過程中微生物的生長情況、污染物和營養(yǎng)鹽含量的變化情況,研究了營養(yǎng)鹽種類及其用量對修復效果的影響,并利用紅外光譜分析了修復過程中沉積物有機質(zhì)結(jié)構(gòu)組成的變化。結(jié)果表明:同時加入NO3-N和PO4-P,可促進反硝化自養(yǎng)菌和反硝化異養(yǎng)菌的生長,加快硫化物、油類和TOC的去除,而投加NH4-N對污染物的去除有抑制效應(yīng)。在

5、NO3-N用量為0.5mg·g-1、N:P比例為10:1條件下處理40d,可獲得較好的修復效果,硫化物、油類、TOC的去除率分別達到89.7％、90.6％和13.8％。紅外光譜分析表明,NO3-N和PO4-P加入后,脂肪族化合物比芳香族化合物更容易被降解,處理后沉積物的芳構(gòu)化程度增加。
　　 為了提高沉積物中降解菌數(shù)量,向沉積物中投加有效微生物菌劑(EM)、土著好氧異養(yǎng)菌富集液(IHM)以及增氧劑CaO2。通過測定沉積物中微生物

6、生長和污染物含量變化,研究了外源微生物種類及增氧劑的使用對修復效果的影響。結(jié)果表明,同時加入EM和CaO2可以顯著促進TOC的去除。利用正交試驗對EM和CaO2的用量、以及二者投加的時間間隔進行優(yōu)化,并利用紅外光譜表征處理過程中有機質(zhì)結(jié)構(gòu)組成的變化。結(jié)果表明:同時投加EM和CaO2,可明顯促進沉積物中芳香族化合物的降解,這種強化處理的最佳條件為:按照1％質(zhì)量比投加CaO2,間隔1d后再以2×107cells·g-1的比例投加EM菌劑。處

7、理40 d后,油類和TOC去除率分別達到44.4％和17.8％,而硫化物含量卻升高34.8％?，F(xiàn)場應(yīng)用該技術(shù)時,硫化物的產(chǎn)生可能對周圍生態(tài)環(huán)境造成不利影響。
　　 為了進一步提高修復效果,采用Fenton氧化作為微生物修復的預處理。首先研究了反應(yīng)條件對基于CaO2的Fenton反應(yīng)的影響,在磷酸鹽緩沖溶液中,通過單因素試驗研究了催化劑種類、反應(yīng)初始pH值、催化劑和CaO2比例(nFe/nCaO2)以及緩沖溶液濃度對Fenton反

8、應(yīng)體系中HO·產(chǎn)率的影響。結(jié)果表明:Fe2+對基于CaO2的Fenton反應(yīng)有較好的催化效果,穩(wěn)定反應(yīng)體系的pH值對HO·產(chǎn)率非常重要。當反應(yīng)初始pH值為2～4、nFe/ncaO2為1/5～1/20、磷酸鹽緩沖溶液濃度為40～100 mmol·L-1時,HO·的產(chǎn)率較高。在此基礎(chǔ)上,利用正交試驗對作為微生物修復預處理的Fenton試劑最佳配比進行優(yōu)化。之后,為了獲得Fenton預處理與投加EM菌劑聯(lián)合作用的最佳效果,以處理40 d后的硫

9、化物、油類和TOC去除率為評價指標,結(jié)合處理過程中微生物生長及污染物含量的變化情況,對Fenton預處理強度、Fenton預處理時間和EM投加量進行優(yōu)化,并利用紅外光譜表征處理過程中有機質(zhì)組成的變化,探討Fenton-微生物聯(lián)合修復機理。結(jié)果表明,Fenton預處理的適宜條件為:磷酸鹽緩沖溶液濃度100mmol·L-1,緩沖溶液初始pH=4,催化劑用量(nFe/nCaO2)=1/20,CaO2投加量(mCaO2/mTOC)=1/1;預處

10、理進行5 d后,按照1×106 cells·g-1的用量投加EM菌劑,可獲得最佳處理效果,40 d后的沉積物中硫化物、油類和TOC去除率分別達到46.3％、43.8％和31.1％。
　　 為了確定有機污染潮灘的最佳修復方案,對三種修復技術(shù)的處理效果、處理成本及環(huán)境效應(yīng)進行了綜合比較。結(jié)果表明,生物促進技術(shù)處理成本最低、對環(huán)境產(chǎn)生的不利影響較小;Fenton氧化—微生物聯(lián)合修復技術(shù)對環(huán)境產(chǎn)生的不利影響相對較大,但是其處理效果最好;