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去除地下水中苯、甲苯和氯代乙烯烃混合污染羽的实验研究

刘玉龙  
【摘要】: 地下水中氯代烃与石油烃(主要是BTEX)混合污染羽最为常见,因其对人类危害严重且难于同时去除而引起了广泛关注。目前,Fe~0-PRBs是去除地下水中氯代烃污染的最有效技术,BTEX可在缺氧/厌氧环境下生物降解,因此将Fe~0-PRB与缺氧(厌氧)生物降解技术联用去除该类混合污染羽值得探讨,而解决化学-生物过程中的衔接是技术的关键,必须首先研究以下两个问题:(1)不能被粒状铁化学还原的BTEX对Fe~0-PRB运行性能的影响;(2)Fe~0-PRB下游水化学环境变化对生物降解BTEX的影响。 本文以PCE、TCE、苯和甲苯为例,通过柱实验研究苯或甲苯对粒状铁去除PCE、TCE的影响。以Fe~0-PRB出水为基础,不额外加入电子受体和营养盐,从油污土中培养和驯化降解苯和甲苯的优势菌,采用批实验方法研究pH、TCE和cis-1,2-DCE对苯和甲苯生物降解的影响。得到以下主要研究成果: 苯或甲苯存在时,粒状铁对PCE和/或TCE去除的反应动力学仍符合准一级反应动力学方程。苯的存在使PCE的去除速率平均提高18.0%;使TCE的去除速率平均降低17.5%;使PCE、TCE混合物中PCE和TCE的去除速率平均提高8.9%和7.2%。甲苯则始终抑制PCE和TCE的还原脱氯,使PCE或TCE的去除速率平均降低12.3%和22.9%;使混合物中PCE和TCE的去除速率平均降低20.7%和13.1%。苯或甲苯的存在对地下水中无机组分的变化,影响不明显;且不改变PCE和TCE的产物种类,但轻微影响cis-1, 2-DCE在柱中的积累。在Fe~0-PRB的长期运行中,矿物沉淀仍是影响PCE、TCE脱氯的主要因素。 培养得到的三种菌液B-bacteria、T-bacteria和M-bacteria,能适应Fe~0-PRB下游水化学环境并以Fe(III)为电子受体降解苯和甲苯,且对苯和甲苯的降解没有专属性。苯和甲苯的降解符合一级反应动力学方程,反应速率常数在0.43~0.49 d-1之间。三种菌液中存在耐碱菌,能在pH 10.6的初始环境下很好生长。芽孢杆菌属和自养黄色杆菌属是降解苯和甲苯的优势群落。 TCE对三种菌群降解苯和/或甲苯均有抑制。在pH 8.7时,100μg/L的TCE显著抑制B-bacteria对苯的降解,使其半衰期延长3~4倍;TCE增大到500μg/L,其抑制程度略有增强;100μg/L的TCE对T-bacteria降解甲苯抑制轻微,TCE增大到500μg/L,使其半衰期延长3~4倍,其抑制程度显著增强;100μg/L的TCE对M-bacteria降解苯和甲苯的抑制程度相近,使其半衰期延长0.5倍左右;TCE浓度增大抑制效应增强。在pH 10.6时TCE对苯和甲苯生物降解的抑制程度,和pH 8.7时具有一致性。在pH 8.7和pH 10.6时,cis-1, 2-DCE(80μg/L)基本不抑制三种菌群降解苯和甲苯。 综合考虑苯和甲苯对Fe~0去除TCE长期运行性能的影响和Fe~0-PRB下游水化学环境变化对生物降解苯和甲苯的影响,在设计Fe~0-缺氧(厌氧)生物连续格栅修复TCE和苯、甲苯混合污染羽时,不必额外增加上游Fe~0-PRB的厚度;在Fe~0-PRB和生物格栅之间不需设置pH调节缓冲带。仅考虑微生物的生长时,在下游生物格栅中允许少量cis-1, 2-DCE和TCE穿透,但其在生物区可能进一步代谢的中间产物对微生物生长的影响需进一步研究。


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