多氯聯(lián)苯在土壤水環(huán)境中生物降解過程規(guī)律研究

1、多氯聯(lián)苯在土壤水環(huán)境中生物降解過程規(guī)律研究劉凌，崔廣柏，郝振純(河海大學(xué)水資源開發(fā)利用國家專業(yè)實(shí)驗(yàn)室)摘要：要：土壤水環(huán)境中的有機(jī)污染物多氯聯(lián)苯(PCB)可以采用土地生物處理的方法進(jìn)行降解，在綜合考慮土壤水環(huán)境系統(tǒng)中有機(jī)污染物生物降解各分過程的基礎(chǔ)上所建立的數(shù)學(xué)模型，可以預(yù)測降解PCB所需的時(shí)間、降解程度以及降解結(jié)束后被土壤所屏蔽的PCB的量。數(shù)學(xué)模型通過美國Alcoa公司在LTU基地的大型土地生物處理工程得到了驗(yàn)證。利用數(shù)學(xué)模型和理論

2、分析，預(yù)測了2，3，4和5ClPCB的土地生物處理過程及規(guī)律。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：多氯聯(lián)苯；土地生物處理過程；屏蔽收稿日期：19991227基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(59909003)研究成果。作者簡介：劉凌(1964)，女，安徽合肥人，副教授，博士有機(jī)化合物多氯聯(lián)苯(簡稱PCB)是一類具有兩個(gè)相聯(lián)苯環(huán)結(jié)構(gòu)的含氯化合物，它具有非常優(yōu)良的物理特性，因而被廣泛應(yīng)用于許多行業(yè)之中，如作為變壓器的絕緣液體，農(nóng)藥、油漆、潤滑油等產(chǎn)品的添加劑

3、，熱傳導(dǎo)系統(tǒng)的傳導(dǎo)介質(zhì)，以及塑料的增塑劑等等。多氯聯(lián)苯在使用過程中，可以通過廢物排放、儲油罐泄露、揮發(fā)和干、濕沉降等原因進(jìn)入土壤及相連的水環(huán)境(簡稱土壤水環(huán)境)中，造成土壤水環(huán)境的污染。目前人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)植物和水生生物可以吸收多氯聯(lián)笨，并通過食物鏈傳遞和富集。美國、英國等許多國家都已在人乳中檢出一定量的多氯聯(lián)苯。多氯聯(lián)苯進(jìn)入人體后，有致毒、致癌性能，可引起肝損傷和白細(xì)胞增加癥，并通過母體傳遞給胎兒，使胎兒畸形，因此對人類健康危害極大，目前

4、各國已普遍減少使用或停止生產(chǎn)多氯聯(lián)苯。但是，多氯聯(lián)苯已使用近40年的時(shí)間，由于它用途極其廣泛，理化性質(zhì)穩(wěn)定，又對人體健康危害較大，因此各國都把多氯聯(lián)苯列入必須優(yōu)先處理的污染物名單中，對已存在于土壤水環(huán)境的多氯聯(lián)苯進(jìn)行處理已迫在眉睫。土壤水環(huán)境中的多氯聯(lián)苯，目前可以采用的最適宜的處理方法是土地生物處理，因?yàn)橥寥捞柗Q“微生物的天然培養(yǎng)基”，它具有微生物生活最適宜的環(huán)境，它能夠?qū)⒍嗦嚷?lián)苯降解為環(huán)境可以接受的物質(zhì)，如二氧化碳和水等。土地生物處理

5、的方法相比于其它處理方法，如廢物填埋、焚燒或土壤洗滌等來說[1]，具有對環(huán)境破壞性小、經(jīng)濟(jì)有效等特點(diǎn)，因此是一種廣泛使用的處理方法。目前，美國對多氯聯(lián)苯在土壤水環(huán)境中生物降解過程研究最多，Brown[2]、Bedard[3]等學(xué)者均通過大量的實(shí)驗(yàn)和理論研究，報(bào)道了多氯聯(lián)苯的生物降解情況，指出：土壤水環(huán)境中的多氯聯(lián)苯可以將土壤固有微生物降解到一個(gè)濃度不能再低的程度為止，其后，既使維持最佳生物降解條件，但多氯聯(lián)苯在土壤中降解的速度變得非常緩

6、慢，降解幾乎停止，這時(shí)殘留在土壤中的多氯聯(lián)苯(稱殘余有機(jī)物)，其滲透性、擴(kuò)散性均大為降低，再擴(kuò)散到土壤顆粒外部的可能性很及土壤水不會污染地下水環(huán)境，不被人畜接觸。至本文寫作時(shí)間，惰性期的生物降解處理過程還在繼續(xù)進(jìn)行?；钚云诤投栊云诘纳锝到馓幚磉^程及取樣時(shí)間見表1所示。2數(shù)學(xué)模型對于土壤—水—微生物系統(tǒng)中的有機(jī)污染物，其可能存在的狀態(tài)有3種：(1)吸附于土壤顆粒內(nèi)部的固定相中(以TS表示其總濃度)；(2)存在于土壤顆粒內(nèi)部孔隙水相中(以

7、CP表示其平均濃度)；(3)存在于土壤顆粒外部水相中(以C表示其濃度).對于吸附于土壤顆粒內(nèi)部固定相上的有機(jī)物(TS)，又可以分為兩部分：一部分是被土壤不可逆屏蔽的有機(jī)物(以SI表示其平均濃度)，另一部分是被土壤可逆吸附的有機(jī)物(以SR表示其平均濃度)，其中，可逆吸附的有機(jī)物(SR)，可以通過解吸過程重返土壤顆粒內(nèi)孔隙水相，表1LTU2實(shí)驗(yàn)基地PCB生物處理過程及取樣時(shí)間處理階段采樣日期處理時(shí)間d95年8月24日0活性期95年9月26日

8、3395年11月3日7195年11月29日98惰性期96年10月29日335再通過擴(kuò)散進(jìn)入外部水相，從而在外部水相中被微生物降解到最終產(chǎn)物CO2和水，降解過程伴隨著新的細(xì)胞物質(zhì)的增長；不可逆屏蔽的有機(jī)物(SI)，在土壤中成為殘余有機(jī)物。有機(jī)污染物在土壤—水—微生物系統(tǒng)中降解過程的質(zhì)量守恒方程，應(yīng)用極坐標(biāo)球體擴(kuò)散模型，如方程(1)所示。(1)其中CP為有機(jī)物在土壤顆粒內(nèi)孔隙水相中的濃度(ML3)；SR為可逆吸附于土壤內(nèi)部固定相的有機(jī)物濃度