生物质炭载纳米铁活化过硫酸钠修复石油烃污染土壤及微生物修复机制研究

作     者：张博伟 

作者单位：山东大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谢慧君

授予年度：2019年

学科分类：082803[工学-农业生物环境与能源工程] 07[理学] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 070205[理学-凝聚态物理] 0702[理学-物理学] 

主      题：石油烃污染土壤 过硫酸钠 生物质炭 纳米铁 微生物修复 

摘      要：石油烃作为全球范围内广泛使用的工业原料,不恰当的开采运输和工业使用过程都会导致石油烃泄漏到环境之中。土壤作为所有污染物的汇,石油烃的污染情况尤为突出。目前利用纳米铁(nZVI)活化过硫酸钠(PS)体系的高级氧化技术已经成为高浓度石油烃污染土壤修复的重要方法之一,得到了广泛关注。针对nZVI自身容易被氧化缺点,本研究提出利用生物质炭(BC)做nZVI的载体,制得的BC-nZVI既可提高氧化剂PS反应活性,又可通过BC自身改良土壤理化性质,增强微生物活性。因此,通过氧化剂PS和活化剂BC-nZVI的使用,在理论上可以实现原位化学氧化与微生物的联合修复作用,本研究得到的主要结论如下:(1)利用液相还原法成功合成了 BC-nZVI和nZVI,筛选了PS活化体系的最佳条件,提高了石油烃的去除率效率。PS活化体系的最佳条件为PS投加量为15%(w/w),nZVI/PS摩尔比为1:1,BC与nZVI质量比为3:1。在60 d的试验周期内,BC-nZVI活化体系中石油烃的去除率为62.61 ± 1.23%,显著高于nZVI活化体系下的50.03±3.19%(P0.05)。实验周期内BC-nZVI活化PS体系下呈现出两个不同的反应阶段,0-6d石油烃快速降解,而6-60d缓慢持续降解。(2)分析了BC-nZVI活化PS体系下修复过程中降解过程。随着氧化剂PS反应完毕,结合微生物代谢活性及丰度分析,发现石油烃降解过程中的两种降解过程分别符合化学和微生物降解动力学方程,它们的动力学系数分别为kBC-nZVI=1.10 day1-1和0.02 day-1,化学降解速率明显高于微生物降解速率。而化学降解阶段生成的C8-C20的碳源,在微生物降解阶段被进一步转化,而C20-C30则不易被进一步转化。(3)BC的添加改善了由于nZVI活化PS所造成的土壤性质的破坏,提高了微生物碳代谢能力,改善了微生物的丰度和群落结构。BC-nZVI活化体系将土壤pH从5.62提高到6.22,而nZVI活化组则从3.17增加至4.59;BC-nZVI活化体系中微生物对碳源的代谢能力呈现了先降低后增加的趋势,而nZVI活化体系呈现出完全抑制作用。在实验周期内,土壤微生物丰度和结构发生了较大变化,但是BC-nZVI活化体系中微生物丰度显著高于nZVI活化体系,尤其是第60 d时,Acinetobacter这种石油烃降解菌成为优势菌群。