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六六六厌氧微生物降解技术研究

孟繁莉  
【摘要】:六六六即六氯环己烷(hexachlorocyclohexane, HCH)是一种典型的有机氯农药,因其具有高效的杀虫效果曾在农业领域得到广泛的应用。由于其具有持久性、半挥发性、生物富集性和高毒性等特点,一直是人们关注的焦点。六六六能够长期残留在环境中,并可通过土壤、大气、水的环境介质进入粮食、蔬菜等农作物以及动物体内,继而通过食物链进入人体并积累,极大的危害动植物及人类健康。六六六溶解度低,进入水环境中容易蓄积在水底沉积物中。因此,进一步研究水中六六六厌氧微生物的降解技术非常有必要。 首先,本文在详细查阅和系统分析国内外文献的基础上,概述了持久性有机污染物的污染、危害以及现有去除技术;重点总结分析了六六六的性质与危害、环境行为以及生物降解研究现状与不足;讨论了生命周期评价方法目前在污染修复中的应用现状。 本文选取六六六四种主要异构体(α-、β-、γ-、δ-HCH)作为目标污染物,培养驯化出能够高效降解六六六的厌氧污泥。分别进行了在厌氧污泥降解目标污染物过程中添加不同种类的电子供体、不同浓度的硝酸盐、不同浓度的氯化钠的一系列标准血清瓶实验,考察了经过六六六驯化的微生物在上述环境中对六六六的厌氧降解情况。此外,本文采用生命周期评价的方法(IMPACT2002+),结合具体的实验数据,评价了在六六六厌氧降解过程中添加不同电子供体对环境的影响。主要研究结果如下: (1)添加葡萄糖加甲醇、单独的葡萄糖,单独的甲醇、醋酸钠、乙醇作为电子供体,HCH的生物降解均符合准一级动力学反应。经过28天的厌氧降解,通过比较降解效果及降解速率得出五种电子供体的效果顺序如下:乙醇≈甲醇葡萄糖加甲醇葡萄糖醋酸盐。乙醇系列,α-、β-、γ-、δ-四种异构体的半衰期依次为:1.81天、6.29天、6.01天、4.13天;甲醇系列,四种异构体的半衰期依次为:2.67天、9.14天、5.04天、4.65天;葡萄糖加甲醇系列,四种异构体的半衰期依次为:4.82天、5.94天、8.80天、9.58天;葡萄糖系列,四种异构体的半衰期依次为:4.21天、6.37天、4.49天、7.24天;醋酸盐系列,四种异构体的半衰期依次为:14.62天、46.74天、15.15天、34.68天。乙醇、甲醇做电子供体时四种异构体28天降解率在90%至100%之间,醋酸盐系列,降解率仅在30%-77%之间。葡萄糖经过4-8天的迟滞期,才开始被微生物利用,之后降解的促进作用明显。 (2)在HCH厌氧降解过程中加入硝酸钠,HCH的厌氧降解过程仍满足准一级动力学方程。不同浓度硝酸根(25mM以下)影响下,四种HCH异构体的厌氧生物降解速率大小关系均为:K0mMK5mMKomMK25mM。说明硝酸根的加入对降解有抑制作用,并且随着硝酸根浓度的加大,可降解HCH的厌氧污泥的活性越来越弱,25mM硝酸根下,α-、p-、γ-、δ-HCH的半衰期分别为:45.90天、77.45天、68.36天、71_31天。当150ml混合液体中的硝酸根含量达到50mM时,HCH在35天的驯化时间内没有发生降解。 (3)在不同浓度氯化钠影响下HCH厌氧生物降解符合一级动力学方程。α-HCH降解速率常数大小为:K0g/L=4.006d-1K5g/L=0.4540d-K3g/L=0.4284d-1K10g/L=0.2757d-1K15g/L=0.0882d-;β-HCH降解速率常数大小为:K3g/L=0{3569d-1K5g/L=0.3473d-1K0g/L=0.2832d-1K10g/L=0.1941d-1K15g/L=0.1429d-:δ-HCH降解速率常数大小为:K5g/L=0.3334d-1K3g/L=0.2705d-1K0g/L=0.2029d-1K15g/L=0.1469d-1K10g/L=0.1098d-1。从一级动力学速率常数看出,适当增加氯化钠浓度对HCH厌氧降解有促进作用,氯化钠浓度超过10g/L,对厌氧污泥出现抑制作用。 (4)LCA评分结果表明甲醇在HCH生物降解过程中最适合的电子供体;所有的电子供体在可吸入无机物、占用土地、全球变暖、非可再生能源四项的环境影响中,均有很高的贡献;电子供体的生产阶段所产生的环境影响是最大的(超过总结果的90%),运输、产甲烷过程以及脱氯过程对环境的影响相对较低。电子供体的应用上限会随着HCH浓度的增加而增加,甲醇在所有电子供体中具有最高的应用上限值。


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