氯代硝基苯污染地下水的生物修复过程

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I氯代硝基苯化合物作为重要原材料广泛应用于医药、染料、涂料、农药等行业。氯代硝基苯是高毒性物质,对人或动物的血液、肝脏及中枢神经系统产生毒害作用,被许多国家列为优先控制污染物。随着我国精细化工如染料、涂料、医药等行业迅猛发展,4-氯硝基苯的需求明显呈上升趋势,由于废水处理渗漏、尾水残余以及事故排放,导致氯硝基苯进入地下水环境的量不断增多,威胁到以地下水为饮用水源安全。本论文以4-氯硝基苯(4-CNB)为目标污染物,先在厌氧反应器中驯化出4-氯硝基苯高效降解菌,获得菌种最佳生长条件,考察葡萄糖、乙醇和乙酸3种基质对菌种降解4-氯硝基苯的影响,此外,针对地下水中常存在硝酸根、硫酸根、溶解氧等竞争性电子受体,考察了它们对菌种降解4-氯硝基苯的影响。结果显示,当以葡萄糖作为共基质降解4-氯硝基苯时,葡萄糖(COD)与4-氯硝基苯的最优比为8:1,反应过程符合一级反应动力学,反应速率常数k=0.093 h-1,半衰期为t1/2=7.4 h;当以乙醇作为共基质时,乙醇(COD)与4-氯硝基苯的最优比为2:1,反应过程符合一级反应动力学,反应速率常数k=0.067 h-1,半衰期为t1/2=10.4 h;以葡萄糖、乙醇和乙酸作为共基质时,菌种获得的还原能力大小依次为:乙醇>葡萄糖>乙酸钠;SO42-和O2对菌种降解4-氯硝基苯过程竞争性抑制不明显,而NO3-对反应过程产生竞争性抑制,且抑制作用随着NO3-浓度升高而增强。考虑到地下水原位修复过程中,添加的基质可能由于分布不均,出现基质不足或者过量的情况,因此在基质充足与不足2种条件下,考察了4-氯硝基苯与NO3-对基质的竞争关系。试验结果表明,在基质充足条件下,NO3-对4-氯硝基苯降解过程不产生竞争性抑制作用。当初始COD浓度为100 mg/L,由于基质不足,NO3-对4-氯硝基苯降解过程产生竞争性抑制作用,且抑制作用随着NO3-浓度升高而增强,当NO3-浓度为150 mg/L和300 mg/L时,与空白样相比4-氯硝基苯降解速率分别下降20%和54%,且溶液中出现NO2-积累。在基质充足条件下,4-氯硝基苯的降解速率基本保持不变,可能由于4-氯硝基苯的毒性,对NO3-的降解过程产生轻微抑制作用。当基质不足时,4-氯硝基苯对NO3-降解过程产生明显抑制作用,当4-氯硝基苯初始浓度为分别为15 mg/L、30 mg/L和45 mg/L,与空白样相比NO3-降解速率分别下降39%、50%和54 %,反应过程产生NO2-积累。当采用生物法修复氯硝基苯化合物和硝酸盐复合污染水体时,应考虑基质的供给及氯硝基苯和硝酸盐的互相影响。由微米级零价铁与厌氧微生物构建了协同反应体系,考察了协同体系对4-氯硝基苯的还原作用及地下水中常存在的电子供体和受体对反应过程的影响。结果表明协同体系还原4-氯硝基苯的效果明显优于零价铁和厌氧微生物单独作用,4-氯硝基苯还原速率比厌氧微生物和零价铁单独作用分别提高了2.5倍和1.03倍。外加基质对协同反应过程具有促进作用,空气则不产生影响。协同体系可维持很低的氧化还原电位-280-350 mV,还可同时还原SO42-和NO3-。有关零价铁与厌氧微生物协同修复氯硝基苯和SO42-、NO3-复合污染地下水有待进一步深入研究。
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