碳氢化合物污染土壤的生物通风研究及微生物状况分析

摘要

生物通风(Bioventing，BV)是用于修复不饱和区土壤中可降解有机污染物的一种新兴技术。BV技术在欧美等国已有实际应用范例，而在我国目前还仅限于实验室研究阶段。本文首先选取天津市滨海地区某场址，考察了该场址的地质水文条件，采用钻孔取样法分析了地下土壤土层结构及各层土壤理化性质，结合多孔介质的达西定律采用土柱试验研究了现场土壤的渗透性，在气、液单相流动下计算出土壤本征渗透率为5.780×10-12m2。在气-液两相稳定流动下分别测量了不同水饱和度下的相对渗透率，得到了空气、水相对渗透率与水饱和度的关系曲线。建立了生物通风中试土壤抽提及监测系统，对通风现场进行了流体力学分析，确定了以通风井EW1为主抽提井，最佳气相抽提流量为34.0m3/h，影响半径为4m。 土著微生物自然驯化过程中采用平板计数方法分析现场土壤土著微生物密度为107(个·g-1干土)数量级，向现场土壤中注入异辛烷模拟污染物及营养盐，细菌密度呈现大幅下降后逐渐回升趋势，经自然驯化恢复到初始水平，表明其对碳氢化合物污染有一定适应能力。从现场土壤溶液中分离出1-4号四种细菌，经模拟污染过程考察确定了1号菌为现场优势菌，对其进行菌种鉴定，确定其为假单胞菌(Pseudomonas sp.MTR-61)。 在Darcy定律和Bessel函数变换基础上，结合有机物挥发及微生物降解等传质因素，建立了中试现场BV体系三维空间下空气流动及土壤有机物去除模型，提出和发展了基于气流分数F(R)为参考参数标定土壤通风影响半径临界点的理论，借助于BIOVENT软件进行计算，并用现场试验数据对模拟结果进行验证。结果表明本文建立模型可较好地模拟中试BV操作中流体力学状况及土壤有机污染物去除情况，适用于现场BV操作。利用该模型对一假定成品燃料油污染现场进行现场BV模拟预测，总结出不同情况下BV优化操作条件。

目录

文摘

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前 言

第一章文献综述

1.1国内外土壤污染状况

1.2土壤污染的修复技术研究现状

1.3生物通风(Bioventing，BV)土壤修复技术

1.3.1 BV技术发展及应用优势

1.3.2 BV修复效果的影响因素

1.3.3生物通风的理论研究进展

1.4本文主要研究内容和研究意义

1.4.1本文主要研究内容

1.4.2本文的研究意义

第二章模拟试验现场的建立和土壤环境参数通风流体力学研究

2.1土柱通风实验测量土壤渗透性的研究

2.1.1试验装置的建立

2.1.2实验材料

2.1.3实验仪器

2.1.4土壤渗透率测定

2.1.5土壤相对渗透率的测定

2.2中试试验场址和环境参数评估

2.2.1试验场址确定和土壤区域调查

2.2.2中试现场土壤结构概况

2.2.3水文地质条件

2.2.4土壤基本参数的测定

2.3现场通风过程流体力学研究

2.3.1通风装置及体系的建立

2.3.2现场流体力学试验

2.4本章小结

第三章模拟污染现场的微生物状况研究及生物通风试验

3.1模拟污染现场的建立

3.1.1模拟现场布置

3.1.2模拟污染物注入

3.1.3营养盐注入

3.2模拟污染现场微生物含量分析

3.2.1实验材料与仪器

3.2.2土壤样品预处理

3.2.3实验方法

3.2.4现场土壤微生物含量分析

3.3微生物种类分析

3.4优势菌分子生物鉴定

3.4.1实验准备

3.4.2基因组DNA提取

3.4.3凝胶电泳

3.4.4聚合酶链式反应体系(PCR)

3.4.5鉴定结果

3.5土壤其他环境条件考察

3.5.1现场土壤的含水率

3.5.2现场土壤pH

3.5.3温度

3.6模拟污染现场通风初步研究

3.6.1试验方法

3.6.2中试现场通风试验结果

3.7本章小结

第四章BV理论模型建立及现场验证

4.1理论模型的建立

4.1.1流体力学方程

4.1.2传质方程

4.2模拟问题描述及所用参数

4.3模拟结果及现场验证

4.4现场应用的模型预测

4.4.1现场预测问题描述

4.4.2现场预测模拟结果

4.5本章小节

第五章结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

附录

致谢