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石油开采、运输与贮存过程中的事故性泄漏以及生产、加工过程中的废油,均可造成地下水的污染。
近年来在环境中油污染的治理上,物理、化学和生物等各种修复技术取得了很大进展。其中,生物修复技术因其成本低,无二次污染,处理彻底,操作简单等特点,而倍受重视。而有机污染物的化学修复仍是行之有效的方法。其中有机粘土在地下水修复中得到广泛应用。但在采用粉状有机粘土处理地下水时,容易造成流失和改变地下水流方向。如何改善有机粘土的性质并与微生物复合达到吸附后的进一步降解,对于增强有机粘土的适用性和使用寿命,彻底消除油污染具有重要意义。
本课题针对有机粘土和微生物两方面对地下水油污染的修复进行了模拟研究,主要结论如下:
(1)有机粘土的合成和基本性质。
本课题制取了0.3CEC、0.5CEC、0.7CEC及1.0CEC四种不用改性量HDTMA有机粘土,分别研究了改性有机粘土的吸油性、热稳定性和结构特性。研究结果表明,改性有机粘土的饱和吸油率较原始粘土有了很大程度的增加,并且随着改性量的增大而迅速增大;改性有机粘土在100℃下热稳定性比较好,而在200℃以上高温下,则不稳定,有机粘土的插层剂HDTMA会发生分解氧化并且有机粘土会失去层间的吸附水(nH2O)和因晶格破坏失去结构水OH;通过红外光谱和X射线衍射分析表明,粘土经过HDTMA改性后,结构有了较大变化。
(2)有机粘土的颗粒化。
通过聚乙烯醇(PVA)和海藻酸钠(SA)与HDTMA改性的蒙脱土(HDTMA-modifiedmontmorillonite,HMM)颗粒化制备,制备了对应的PVA固定化颗粒和SA固定化颗粒,研究了不同质量比PVA/HMM,SA/HMM,及不同PVA浓度、SA浓度和CaCl2浓度下HMM颗粒的水稳性和吸油性。研究结果表明,在PVA浓度为1%~2%,PVA/HMM=1/10时,获得的HMM颗粒粒径在2.0~4.5mm之间,振荡条件下的水稳性在50d左右,对HMM表面结构影响不大,吸油率可达原始HMM的80%;在SA浓度为1%~2%,CaCl2浓度为2%~4%,SA/HMM=1/10时,获得的HMM颗粒粒径在2.5~4.0mm之间,振荡条件下的水稳性在160d左右,对HMM表面结构影响也不大,吸油率可达原始HMM的85%。
(3)降解石油烃微生物的筛选与生长条件。
通过微生物的筛选与驯化试验,筛选出降解石油能力较好的微生物菌群,并且通过正交实验获得了微生物降解0[#]柴油的较佳条件组合,即C/N/P为100/15/1,投菌量为15%(体积比),氧化剂浓度为1%(体积比),初始pH为5。在较佳的降解条件下,石油烃在一个月时间内降解率接近50%。并且在整个实验过程中,营养物的投加对石油的降解起着最主要的因素。其次是投菌量的和氧化剂的添加,它们对降解率的影响相当,而初始pH对降解率的影响很小,当pH在5到9的范围内时,几乎可以不考虑其对降解率的影响。
(4)有机粘土-微生物复合降解作用。
将海藻酸钠(SA)和HDTMA改性蒙脱土制得的HMM颗粒与石油烃降解菌复合可形成稳定的生物膜,30d左右时生物膜几乎不在增长,膜厚度为300μm左右,生物量为40~50mg/g。在培养挂膜初期,复合降解菌的TTC活性增长速率较快,达15d后活性达到最高100μg/g,随后保持基本稳定。