地下水中BTEX的迁移规律及其原位生物修复技术研究

摘要

苯系物(苯、甲苯、乙苯和二甲苯,BTEX),作为单环芳烃类物质,主要存在于原油和石油产品(如天然气)中,并作为工业溶剂广泛应用于化工行业。BTEX具有“致癌、致畸和致突变”效应,其在生产、储存和运输过程中极易进入地下环境,并严重威胁地下水的公共安全,因此研究地下水环境中BTEX的迁移规律及其原位修复技术具有重要的理论价值和应用前景。本文首先建立污染物在土壤-地下水环境中迁移转化基本控制方程,并对BTEX在多孔介质中的迁移传递规律进行了研究；同时针对构建的固定化生物格栅系统,从微生物驯化、降解菌群落结构分析以及生物固定化技术等方面对地下水中BTEX的原位生物修复过程进行了系统研究。
　　 由等温吸附平衡确定了BTEX在夹砂粉质粘土中的吸附行为表现为线性规律,通过土柱弥散实验计算得到BTEX在夹砂粉质粘土中的弥散系数和阻滞系数。对于阻滞系数Rd来说,其由小到大依次为苯<甲苯<二甲苯<乙苯,说明土壤对BTEX混合物各组分的截留和净化能力不同,其中对苯的作用最弱,而对甲苯、乙苯和二甲苯的截留和净化作用相对较强。
　　 对富集驯化所得到的BTEX混合降解菌,确定了其好氧降解的最适条件为:温度30℃、pH值7.5、接种量为2.61 mg／L。底物降解动力学研究结果表明:其一级降解速率常数由大到小依次为二甲苯>乙苯>甲苯>苯,而BTEX共存时由于存在竞争抑制作用导致各组分的一级降解速率常数降低。综合考虑BTEX基质利用和混合菌的生长,采用Monod动力学模型拟合得到混合菌以苯、甲苯、乙苯和二甲苯作为共同基质的最大比增长速率分别为0.3395、0.5199、0.6298和0.2701h-1,而基质半饱和常数为160.6、124.6、168.3、227.8 mg／L。
　　 针对苯、甲苯、乙苯、二甲苯和BTEX混合基质五种驯化方式下的混合菌,研究了其菌种群结构特点并初步探讨了BTEX好氧代谢途径。结果表明:不同驯化方式的混合菌,其种群具有一定相似性和基因多样性,因此其生物降解性能不同。BTEX混合基质驯化降解菌的总DNA中含有儿茶酚-1,2-双氧酶,说明代谢过程首先是将苯系物转化为含烷基的儿茶酚,然后通过正位裂解转化为含烷基的顺式粘康酸,最终进入三羧酸循环转化为CO2和H2O。
　　 以固定化微生物作为反应格栅填充介质为目的,制备并比较了海藻酸钠-活性炭纤维型(SA-MB)和聚乙烯醇-活性炭纤维型(PVA-MB)固定化填充介质的微观结构、降解性能和可重复利用性,从而确定海藻酸钠作为包埋载体更具优势,而活性炭纤维是一种较好的改进载体,起到了支撑稳定结构和强化生物降解作用。
　　 SA-MB填充介质具有良好的渗透性能,满足作为生物格栅填充介质的要求。采用土柱实验研究了BTEX混合组分在固定化生物格栅中的去除过程。结果表明:所构建的生物格栅系统能够很好地去除污染地下水中的BTEX,研究结果可对现场修复提供一定的依据和参考。