有機(jī)污染型河口潮灘的修復(fù)技術(shù)研究.pdf

1、有機(jī)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(jī)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(xué)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(xué)方法相比,微生物修復(fù)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(jī)污染物,有效解決沉積物有機(jī)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(jī)污染型河口潮灘的

2、微生物修復(fù)技術(shù),先后比較了生物促進(jìn)技術(shù)、生物強(qiáng)化技術(shù)和Fenton-微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)對污染物的去除效果,探討有機(jī)污染的修復(fù)機(jī)制,并提出適宜的修復(fù)方案,可為有機(jī)污染型河口潮灘的實(shí)地修復(fù)工作提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。
　　 為了評價(jià)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(fù)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(jìn)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(jī)物的輸入可提高沉積物中異養(yǎng)菌數(shù)量(HBC)和呼吸強(qiáng)度,潮灘微生物可通過呼吸過程實(shí)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)的礦化和輸出,具有一定的修復(fù)潛力。<

4、br>　　 為了促進(jìn)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(fù)效果的影響,并利用紅外光譜分析了修復(fù)過程中沉積物有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)組成的變化。結(jié)果表明:同時(shí)加入NO3-N和PO4-P,可促進(jìn)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(fù)效果,硫化物、油類、TOC的去除率分別達(dá)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(fù)效果的影響。結(jié)果表明,同時(shí)加入EM和CaO2可以顯著促進(jìn)TOC的去除。利用正交試驗(yàn)對EM和CaO2的用量、以及二者投加的時(shí)間間隔進(jìn)行優(yōu)化,并利用紅外光譜表征處理過程中有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)組成的變化。結(jié)果表明:同時(shí)投加EM和CaO2,可明顯促進(jìn)沉積物中芳香族化合物的降解,這種強(qiáng)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(dá)到44.4％和17.8％,而硫化物含量卻升高34.8％。現(xiàn)場應(yīng)用該技術(shù)時(shí),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(jìn)一步提高修復(fù)效果,采用Fenton氧化作為微生物修復(fù)的預(yù)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(yàn)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(dāng)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(shí),HO·的產(chǎn)率較高。在此基礎(chǔ)上,利用正交試驗(yàn)對作為微生物修復(fù)預(yù)處理的Fenton試劑最佳配比進(jìn)行優(yōu)化。之后,為了獲得Fenton預(yù)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(jià)指標(biāo),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(yù)處理強(qiáng)度、Fenton預(yù)處理時(shí)間和EM投加量進(jìn)行優(yōu)化,并利用紅外光譜表征處理過程中有機(jī)質(zhì)組成的變化,探討Fenton-微生物聯(lián)合修復(fù)機(jī)理。結(jié)果表明,Fenton預(yù)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(yù)處

10、理進(jìn)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(dá)到46.3％、43.8％和31.1％。
　　 為了確定有機(jī)污染潮灘的最佳修復(fù)方案,對三種修復(fù)技術(shù)的處理效果、處理成本及環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行了綜合比較。結(jié)果表明,生物促進(jìn)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(fù)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;