本文關(guān)鍵詞：監(jiān)控自然衰減技術(shù)在氯代有機物污染場地的應(yīng)用探究

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【摘要】：氯代有機物因其高毒性、高富集性、高環(huán)境殘留的特點及其“致癌、致畸、致突變”效應(yīng),已被美國環(huán)保局(EPA)列為優(yōu)先控制污染物。氯代有機物污染場地的傳統(tǒng)物理、化學、生物修復方式修復費用相對較高,對污染場地周邊環(huán)境的影響較大。監(jiān)控自然衰減(Monitored natural attenuation:MNA)是一種國際上應(yīng)用較廣的污染場地修復和管理技術(shù),近年來在我國正逐漸被關(guān)注,其利用污染物自身的自然衰減作用達到修復目標,從而可降低修復成本,規(guī)避工程風險。本文主要通過設(shè)置微宇宙實驗,研究探討了氯代有機物在污染場地土壤和地下水中的自然衰減規(guī)律、生物降解特性及菌群結(jié)構(gòu)動態(tài)變化；此外,將污染物1,2-二氯乙烷投加到土壤中進行了小試實驗,進一步探究了氯代有機物的自然衰減規(guī)律。本研究的成果可為污染場地MNA修復的進一步研究開展與實施提供理論與技術(shù)支持。對氯代有機物在3m、6m、9m深度土壤樣品中的自然衰減趨勢研究發(fā)現(xiàn),在45天的短期培養(yǎng)時間內(nèi),氯代有機物呈現(xiàn)一定的自然衰減趨勢,但是未發(fā)現(xiàn)顯著的生物降解作用。實驗過程中微宇宙環(huán)境的一些地球生物化學指標未發(fā)生明顯的變化,如過氧化氫酶以及脫氫酶活性、脫氯產(chǎn)物(C1-)、電子受體(NO3-、SO42-)、pH值、ORP等。但樣品DGGE指紋圖譜中優(yōu)勢條帶的16SrDNA測序分析結(jié)果顯示,在不同深度土層中都存在參與氯代有機物降解的功能菌群,女Dehalococcoides、 uncultured Dehalobacter sp、uncultured betaproteobacterium等。對氯代有機物在含水層土壤和地下水中的自然衰減能力研究發(fā)現(xiàn),氯代有機物在120天的微宇宙實驗過程中發(fā)生了自然衰減,其中生物降解起到主導作用。實驗組中Cl-濃度的升高和N03-濃度的降低,都進一步驗證了生物降解過程的發(fā)生。體系中過氧化氫酶以及脫氫酶活性、pH值、ORP值等指標無明顯變化。從微生物群落結(jié)構(gòu)分析結(jié)果中發(fā)現(xiàn),含水層土壤和地下水中均存在可參與氯代有機物降解的優(yōu)勢功能菌群,女uncultured deltaproteobacterium、Spirochaeta sp、 Clostridiales等。在人工污染土壤自然衰減研究中,通過140天的微宇宙實驗,發(fā)現(xiàn)1,2-二氯乙烷有明顯的自然衰減趨勢,同時發(fā)生了生物降解作用,不同濃度梯度的實驗組中的Cl-濃度都顯著升高,電子受體(NO3-、SO42-)的濃度無明顯的變化,可以推測1,2-二氯乙烷以其它離子(如Fe3+)為電子受體發(fā)生了生物降解或直接被微生物利用而不是發(fā)生了共代謝。不同濃度梯度實驗組中的過氧化氫酶活性無明顯變化,脫氫酶活性呈現(xiàn)明顯的下降趨勢,并且高濃度實驗組的酶活低于中等濃度,可能外加的1,2-二氯乙烷影響了微生物活性。另外,pH值、ORP值的變化幅度都比較小,說明微宇宙環(huán)境比較穩(wěn)定。進行微生物群落結(jié)構(gòu)分析后發(fā)現(xiàn),在不同濃度梯度土壤中都存在參與氯代有機物降解的功能菌群,如Pseudomonas、 Geobacter、uncultured Candidatus Saccharibacteria bacterium等。
【關(guān)鍵詞】：氯代有機物 污染場地 MNA 自然衰減 生物降解 氯代有機物降解菌
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X53;X523
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-22
• 1.1 前言11-12
• 1.2 監(jiān)控自然衰減(Monitored Natural Attenuation,MNA)簡介12-14
• 1.2.1 自然衰減12
• 1.2.1.1 自然衰減作用12
• 1.2.1.2 生物降解作用對污染物自然衰減的貢獻12
• 1.2.2 監(jiān)控自然衰減12-14
• 1.2.2.1 MNA定義12
• 1.2.2.2 MNA研究進展12-13
• 1.2.2.3 污染場地自然衰減能力評價13-14
• 1.2.2.4 MNA實施原則14
• 1.2.2.5 自然衰減跟蹤監(jiān)測系統(tǒng)14
• 1.2.2.6 監(jiān)測數(shù)據(jù)有效性分析方法14
• 1.3 氯代有機物的自然衰減研究14-19
• 1.3.1 氯代有機物的自然衰減途徑14-15
• 1.3.2 氯代有機物的生物降解途徑15-17
• 1.3.2.1 氯代有機物的氧化脫氯15-16
• 1.3.2.2 氯代有機物的還原脫氯16-17
• 1.3.2.3 氯代有機化合物的共代謝17
• 1.3.3 氯代有機物生物降解研究進展17-19
• 1.3.3.1 氯代有機物生物降解的驗證17
• 1.3.3.2 氯代有機物生物降解的影響因素17-18
• 1.3.3.3 氯代有機物生物降解菌18-19
• 1.4 PCR-DGGE技術(shù)在微生物多樣性分析中的應(yīng)用19
• 1.5 研究內(nèi)容及意義19-22
• 1.5.1 研究內(nèi)容19-20
• 1.5.2 技術(shù)路線20
• 1.5.3 目的及意義20-22
• 第二章 實驗材料及分析測試方法22-29
• 2.1 實驗材料、試劑及儀器22-25
• 2.1.1 實驗材料22-23
• 2.1.2 實驗試劑23-24
• 2.1.3 實驗儀器24-25
• 2.2 測定指標及方法25-29
• 2.2.1 理化性質(zhì)測定25
• 2.2.2 VOC測定25-26
• 2.2.3 NO_3~-、SO_4~(2-)、Cl~-濃度的測定26
• 2.2.4 過氧化氫酶和脫氫酶活性的測定26-27
• 2.2.5 PCR-DGGE技術(shù)(聚合酶鏈式反應(yīng)-變性梯度凝膠電泳)27-29
• 第三章 氯代有機物在不同深度土層中的自然衰減能力及生物降解性能研究29-45
• 3.1 實驗設(shè)計29
• 3.2 實驗結(jié)果29-43
• 3.2.1 揮發(fā)性氯代有機物濃度變化29-32
• 3.2.2 不同深度土壤中酶活性研究32-33
• 3.2.3 不同深度土壤中(Cl~-、NO_3~-、SO_4~(2-))濃度的變化33-35
• 3.2.4 不同深度土壤中pH、氧化還原電位的變化35-36
• 3.2.5 PCR-DGGE技術(shù)分析不同深度土層的微生物群落結(jié)構(gòu)36-43
• 3.2.5.1 基因組DNA的PCR擴增36-37
• 3.2.5.2 DGGE分析37-42
• 3.2.5.3 DGGE條帶割膠回收及測序分析42-43
• 3.3 討論43-44
• 3.4 小結(jié)44-45
• 第四章 氯代有機物在含水層土壤和地下水中的自然衰減能力及生物降解性能研究45-59
• 4.1 實驗設(shè)計45
• 4.2 實驗結(jié)果45-57
• 4.2.1 揮發(fā)性氯代有機物濃度變化45-47
• 4.2.2 含水層土壤和地下水中酶活性研究47-48
• 4.2.3 含水層土壤和地下水中(Cl~-、NO_3~-、SO_4~(2-))濃度的變化48-50
• 4.2.4 含水層土壤和地下水中pH、氧化還原電位的變化50-51
• 4.2.5 PCR-DGGE技術(shù)分析含水層土壤和地下水的微生物群落結(jié)構(gòu)51-57
• 4.2.5.1 基因組DNA的PCR擴增52
• 4.2.5.2 DGGE分析52-57
• 4.2.5.3 DGGE條帶割膠回收及測序分析57
• 4.3 討論57-58
• 4.4 小結(jié)58-59
• 第五章 人工污染土壤自然衰減研究59-73
• 5.1 實驗設(shè)計59
• 5.2 實驗結(jié)果59-71
• 5.2.1 不同濃度梯度土壤中1,2-二氯乙烷的濃度變化59-60
• 5.2.2 不同濃度梯度土壤中酶活性研究60-61
• 5.2.3 不同濃度梯度土壤中(Cl~-、NO_3~-、SO_4~(2-))濃度的變化61-63
• 5.2.4 不同濃度梯度土壤中pH、氧化還原電位的變化63-64
• 5.2.5 PCR-DGGE技術(shù)分析不同濃度梯度土壤中的微生物群落結(jié)構(gòu)64-71
• 5.2.5.1 基因組DNA的PCR擴增64-65
• 5.2.5.2 DGGE分析65-69
• 5.2.5.3 DGGE條帶割膠回收及測序分析69-71
• 5.3 討論71-72
• 5.4 小結(jié)72-73
• 第六章 結(jié)論與展望73-75
• 6.1 結(jié)論73-74
• 6.2 展望74-75
• 參考文獻75-80
• 致謝80-81
• 在校期間發(fā)表論文情況81

【參考文獻】

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本文編號：1052148