完全对称电场对电动-微生物修复石油污染土壤的影响

针对石油这种非极性复杂有机污染物难以去除的特点,以含油量为50 mg/g的石油污染土壤为研究对象,运用行/列循环切换方式,每5 min切换一次电极极性,建立空间和场强上完全对称的电场,旨在研究完全对称电场条件下电动-微生物联合修复对石油污染物去除率的影响.对土壤有效氮、有效磷、有效钾等营养物含量以及降解菌数量在电场作用下的变化进行比较.结果表明,1 V/cm的电压梯度下,土壤中的w(有效氮),w(有效磷)和w(有效钾)分别为初始值的1.3,1.6和1.2倍;同时,在电场作用和电极极性切换条件下,土壤的pH为6.3±0.2,温度升高2～3℃,石油降解菌的数量增加,当处理时间为20d时,降解菌数量最大值达2.3×109 CFU/mL,进而提高了石油的去除率.烷烃在电动处理下降解速率加快,60 d烷烃去除率达到15.73%.经过60 d的电动-微生物修复,石油去除率达到33.42%,是对照组的2.4倍.

石油污染土壤电动-微生物修复技术研究

在石油污染土壤两端插入石墨电极,施加24 V直流电压,使电极之间土壤电势降达到1V/cm。添加实验室筛选的高效石油降解菌,研究电动-微生物联合修复对石油污染土壤pH、土壤温度、有机碳含量、有效氮、有效磷、有效钾等指标的影响。结果表明,石油浓度为2%的模拟污染土壤经过电动-微生物联合技术处理后,最佳降解率达到67.5%。有效N、有效P、有效K分别平均提高为原来的1.5、1.4和1.2倍。外加电动修复可以使土壤pH、温度保持在一个相对恒定的变化范围内,为微生物的生命活动提供了一个稳定的环境,提高石油降解率。

焦化厂高环PAHs污染土壤的电动-微生物修复

针对沈阳某焦化场地污染土壤中PAHs高环比例高、浓度高的特点,采用二维空间对称电场、功能性PAHs降解菌剂,进行了工程水平的电动-微生物联合修复试验(面积200 m2,极距1 m,土高0.7 m)。结果表明:极性切换形成的对称电场能使土壤pH保持在中性范围(pH在6.6~6.9),有利于微生物的生长代谢,提高了土壤中总PAHs和高环PAHs的去除率。在98 d时电动-微生物修复去除率达到51.2%,较微生物组提高了18.7%,削减负荷达40.6 g/(m3·d)。其中10种4—6环PAHs的去除率平均提高了20.9%,显示出电动-微生物技术修复焦化场地PAHs污染土壤的可行性及工程化应用前景。

周期切换电极极性对电动-微生物修复石油污染土壤的影响

以石油作为处理对象,研究周期性切换电极极性对电动-微生物联合修复石油污染土壤的影响。结果表明,2 h/次的电极转换使pH值稳定在6.2~6.4,土壤温度在（29.8±0.4）℃。在修复100 d后,土壤微生物数量达到7.3×107cfu/g,有机碳消耗率比非极性控制组多2 g/kg。石油去除率达到65.5%,比非极性控制组和单一的微生物组高1.2和2.9倍。可见,周期性极性控制可为电动-微生物联合修复提供良好的土壤环境,加速石油污染土壤的修复效率。

电动-微生物修复过程中石油胶质结构和毒性变化

采用电动-微生物联合技术对石油胶质污染土壤进行60 d的修复,分析了修复后胶质的浓度、毒性和结构变化。实验结果表明,修复后胶质的降解率约为20%。施加电场后阴极区发芽率最高,达到97.5%,毒性最小。通过红外分析可知,阴极区胶质的羰基面积和nCH_2/nCH_3比值减小,表明阴极区胶质羰基数量减少,碳链支化程度较高,侧链长度变短。阳极区胶质的羰基面积和nCH_2/nCH_3比值增大,羰基数量增加。结合发芽率分析,胶质羰基面积和nCH_2/nCH_3比值减小,可能使胶质的毒性降低,从而影响发芽率。因此,电动-微生物联合修复虽然未能大幅度降低胶质浓度,却能通过改变胶质的结构来削减污染物毒性,且修复效果大于单独的微生物和电动作用。

电动-微生物修复胶质污染土壤微生物活性分析

胶质在自然环境中难以降解,长期累积,是石油污染土壤修复中急需解决的难点。胶质结构中含有大量芳香环、杂环和羧基等难降解的官能团,其降解率并不足以说明对污染土壤的修复效果。土壤微生物群落是土壤中重要的活体成分,通过MicroRespTM方法可测定其活性,并作为评价污染修复效果的重要指标。本文从辽河油田原油中提取胶质配制污染土,并加入构建的混合菌群,设计微生物修复(Bio)、电动-微生物修复(EK+Bio1)、电动-微生物补充营养修复(EK+Bio2)以及间断电动-微生物修复(EK+Bio3)共4种处理。修复后,胶质平均降解率EK+Bio2>EK+Bio3>EK+Bio1>Bio,降解率最高为9.82%,为Bio处理的3.06倍(3.21%)。修复后土壤微生物数量增加,其趋势与胶质降解率保持一致。MicroRespTM法实验结果表明,修复后土壤中微生物代谢能力增强、活性提高。不同处理下微生物对碳源有不同的选择性,修复后微生物对糖类的代谢能力得到较大提升。电动-微生物联合修复可提高胶质降解率,并使土壤中微生物数量增加,代谢能力提升,活性增强。

电动-微生物修复对胶质结构的改变及毒性的削减

我国开采原油的稠油比重大、胶质含量高、环境风险突出,亟需解决石油污染土壤中胶质组分的解毒问题.由于胶质结构复杂、难以降解,所以对胶质结构变化的研究较少,其降解率也并不足以说明胶质污染土壤的修复效果,因此本文着重分析了修复过程中胶质结构与毒性的变化,为污染土壤修复体系提供重要指标.本文从辽河油田原油中提取胶质配制污染土,并加入构建的混合菌群.设计微生物修复(Bio)、电动-微生物修复(EK+Bio1)、电动-微生物补充营养修复(EK+Bio2)及间断电动-微生物修复(EK+Bio3)共4种处理.结果表明,胶质平均降解率EK+Bio2>EK+Bio3>EK+Bio1>Bio,降解率最高为9.67%,为Bio处理的3.05倍(3.15%).元素分析结果表明,修复前后胶质平均化学式为C_(106)H_(157)N、C_(96)H_(174)N,碳氢比降低,不饱和度降低.光谱分析与~1H-核磁共振结果表明,修复后胶质碳链变短,芳香环、羧基与酚类结构数量减少.根据B-L法计算胶质芳碳率(f_A)由0.28减少到0.11,可推测胶质的结构模型.MicroResp^(TM)与小麦种子发芽实验结果表明,修复后土壤中微生物活性增强,小麦种子发芽率大大提高,说明结构的变化使胶质毒性降低.因此,电动-微生物修复使胶质结构发生变化,并在一定程度上有效削减了胶质毒性,较好的对胶质污染土壤进行了修复.

电动-微生物协同修复技术在某氯代乙烯污染地下水场地的应用

以某在产企业厂区内受氯代乙烯污染的地下水为研究对象,选取300 m^2污染区域作为电动-微生物协同修复技术应用场地,安装20根电极,配置1个控制单元,评估电动-微生物协同修复技术的修复效果。通过定期采样分析场地内监测井中地下水理化性质和污染物质量浓度发现:研究场地中不同监测井中地下水的理化性质和污染物质量浓度变化趋势大不相同。通过4个月运行,除MW-D-1,其他4口监测井中顺-1,2-二氯乙烯、氯乙烯质量浓度较初始质量浓度已大幅下降,大部分区域已修复达标或接近达标,说明电动-微生物协同修复系统正在发生作用,加速了场地中氯代乙烯的自然降解速率。

高分子量多环芳烃降解菌筛选及在土壤电动-生物修复中应用

采用富集培养和多环芳烃双加氧酶基因检测方法,从焦化场地多环芳烃污染土壤分离筛选出9株PAHs降解菌。以高分子量多环芳烃芘为唯一碳源进行摇瓶降解实验,结果表明,J6、S5、S4、S2和B4对芘具有较好的降解能力,21 d时芘降解率均达55%以上,其中B4处理芘的降解率最高,达到70.2%。进一步研究了该5株菌及其混合菌对土壤中芘的降解效果,发现混合菌的降解效果高于单菌的降解效果,其中混合菌H4和单菌B4的降解效果较好,49 d时混合菌H4和单菌B4处理土壤中芘的降解率达29.3%和18.3%。经过16S rRNA基因序列比对,鉴定J6菌株为赤红球菌(Rhodococcus ruber),S5为芽孢杆菌属(Bacillus sp.),S4和S2是鞘脂单胞菌属(Sphingopyxis sp.),B4为假单胞菌属(Pseudomonas sp.)。在电场条件下,混合菌H4和单菌B4处理微生物数量及活性均显著提高,芘的降解率较单独H4和B4处理提高33.0%和20.1%,说明筛选出的5株高分子量多环芳烃降解菌具有较强的电场适应能力,可在高分子量多环芳烃污染土壤电动-微生物修复中应用。

耐镉细菌联合电动技术修复镉污染土壤的研究

为提高传统电动技术对重金属污染土壤的修复效果以及经济效益,本研究采用耐镉细菌联合电动修复技术修复镉污染土壤.通过在含镉土壤中接种3种耐镉细菌Escherichia coli strain、Bacillus sp.和Bacillus cereus strain,以电压梯度1 V·cm^-1通电10 d,比较不同耐镉细菌对土壤Cd去除和形态转化,以及电能消耗的影响.结果表明,接种Escherichia coli strain、Bacillus sp.、Bacillus cereus strain的试验组比传统电动修复的Cd去除率分别提高7.63%、17.21%、19.53%;单位修复能耗分别降低64.78、109.52、116.54 kW·min·mg^-1.由于Bacillus cereus strain对Cd2+的吸附量高于Escherichia coli strain和Bacillus sp.,且能有效降低土壤中Cd的生物毒性,因此采用Bacillus cereus strain联合电动技术修复镉污染土壤时效果最佳,Cd去除率达到30.77%,单位修复耗能为48.94 kW·min·mg^-1.