竞争电子受体(SO42-、FeOOH)对太湖底泥中多氯联苯微生物厌氧脱氯的影响研究

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多氯联苯是一类典型的持久性有机污染物,广泛存在于土壤、底泥、水体和大气中,其中底泥沉积物是多氯联苯污染累积最多的汇之一,也是累积后释放污染的重要的源。通过微生物代谢原位修复受多氯联苯污染底泥,具有潜在应用价值。本文以太湖流域四条主要入湖河流和竺山湾底泥为对象,从了解底泥理化环境特征入手,实验分析微生物脱氯的主要影响因子,主要工作和结论有:(1)共采集底泥样品16个,样品略偏微酸性,pH值在6.2-7.2之间。按照标准方法测定了底泥含水率、总有机碳(TOC)、SO42-含量、Fe元素的含量,平均值分别为47.87%(1.01-62.71%)、0.98%(0.36-2.46%)、1429.44 mg/kg(155.60-3876.00 mg/kg(干重))、30044.95 mg/kg(23405.84-36089.99 mg/kg(干重))。此外,底泥样品中7种重点关注重金属(Cr、Ni、 Cu、Zn、As、Cd和Pb)的含量分别是相应背景值(以江苏省太湖水网平原深层土壤的重金属含量作为背景值)的5.25、2.02、4.69、2.18、2.37、1.62和13.60倍,均表现出了显著的累积效应。(2)以底泥样品为接种污泥,模拟自然底泥环境,分别添加多氯联苯跟踪对、跟踪对+羟基氧化铁、跟踪对+硫酸盐等设置了三组实验,这三个对照实验组的脱氯反应分别开始于第3周、12周和18周之后;母体PCBs的厌氧脱氯速率分别为3.705 nmol/g·week、0.546 nmol/g ·week和0.103 nmol/g·week;培养24周后,多氯联苯平均每个苯环上的氯原子数量由4.36±0.02分别降至3.88±0.04、4.29±0.05和4.34±0.02。从脱氯启动时间、脱氯速率、脱氯效果等方面来看,竞争电子受体(FeOOH、SO42-)对底泥中微生物厌氧脱氯存在抑制作用,且S042-的抑制作用比FeOOH更显著。因此,在原位修复中需要充分考虑体系中竞争电子受体的影响。(3)底泥中微生物厌氧脱氯路径以间位脱氯为主。培养24周后,跟踪对实验组中间位脱氯产物的摩尔百分含量高达47.08%,而对位和邻位脱氯产物的含量仅为12.52%。跟踪对+羟基氧化铁组和跟踪对+硫酸盐组中微生物脱氯反应尚处于初始阶段,仅判断出了五氯联苯PCB105(234-34)和二氯联苯PCB5(23-)两种单体的主要可能脱氯路径,跟踪对+羟基氧化铁组中PCB105和PCB5的所有脱氯产物都源自间位脱氯,跟踪对+硫酸盐组中PCB105的一代脱氯产物不仅有间位脱氯产物PCB66(24-34),还出现了对位脱氯产物PCB55(234-3)。(4)三组实验中都观察到了二氯联苯PCB5(23-)和类二嗯英五氯联苯PCB105(234-34)首先开始脱氯反应,表明这两种多氯联苯单体更容易被微生物降解。此外,跟踪对实验组和跟踪对+羟基氧化铁实验组还观察到了另一种类二嗯英多氯联苯PCB114(2345-4)的脱氯现象。培养24周后,三组实验的二噁英毒性当量分别降低了94.00%、30.00%和14.00%。底泥的理化环境条件对其累积的多氯联苯的厌氧脱氯有直接影响,本文的研究结果对底泥原位修复技术的开发和应用是有益的探索。
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