本文關鍵詞：原位修復石油烴污染地下水的PRB技術及長效性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《吉林大學》 2012年

原位修復石油烴污染地下水的PRB技術及長效性研究

劉虹  

【摘要】：石油作為一種重要能源，是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要物質(zhì)基礎。然而，在進行石油開采、儲存及生產(chǎn)加工等過程中，由于泄露及不合理排放等原因，使得大量石油烴進入環(huán)境，即而通過大氣降水、土壤淋溶、地表水滲入等各種途徑污染地下水。地下水是人類和其他一切生物的直接供水水源及與地表水發(fā)生水力聯(lián)系的間接水源，對其污染的控制關系到人類的健康與生態(tài)的安全。因此，對石油烴污染地下水的修復至關重要。 近年來，石油烴污染地下水的原位修復技術得到人們的關注，其中PRB技術因具有較長時間持續(xù)原位處理、安裝施工方便、運行費用低等諸多優(yōu)點被廣泛使用。PRB技術應用于石油烴污染地下水修復時，大部分選擇了生物PRB以達到高效、清潔、廉價的修復目標。然而，，在采用生物PRB的實際修復過程中，存在由于地下水溫度低、缺乏營養(yǎng)等因素使得微生物活性降低或由于微生物的繁殖、代謝造成PRB介質(zhì)孔隙堵塞、滲透性下降等因素使得生物PRB不能長期、有效的運行。生物PRB運行的長效性主要取決于高效、持久的微生物降解活性以及PRB保持良好的滲透性。 本文以石油烴污染地下水的原位生物PRB修復技術及其長效性為研究對象而展開，從PRB功能菌、填充介質(zhì)、反應墻體的構建及PRB一旦失活或堵塞采取的技術措施各方面進行研究，確保PRB長期、有效的運行。從功能菌方面，對生物PRB的功能菌株進行紫外誘變，以提高功能菌在PRB長期運行過程中降解的穩(wěn)定性；從填充介質(zhì)方面，研究了三種材料在長期運行中的穩(wěn)定性和對功能菌固定的有效性，添加新型填充材料—電氣石作為PRB的活性反應材料，提高了PRB的生物活性和反應介質(zhì)的滲透性；在確定功能菌和填充介質(zhì)的基礎上，為了保證PRB長期、有效的修復效果，預防PRB運行過程出現(xiàn)堵塞問題，設計、構建兩種PRB—多介質(zhì)組合PRB和復配介質(zhì)PRB，并結合實際污染場地的水文地質(zhì)及地下水化學條件進行室內(nèi)模擬修復，研究、對比了兩種PRB修復效果，并對PRB有效運行200d后的生物特性包括微生物數(shù)、脫氫酶活性及復配PRB的微生物群落分布進行分析，為了防止反應墻體中微生物的失活，初步研究了采用無機營養(yǎng)鹽對微生物進行激活；為了解決PRB一旦發(fā)生堵塞而失效的問題，該研究還將在線監(jiān)測系統(tǒng)應用于PRB運行過程中，對PRB運行過程中的堵塞部位進行在線自動識別并采用超聲—高壓水沖洗法進行解堵處理。以期為石油烴污染地下水實際修復工程的長期、有效運行提供理論參考依據(jù)和技術支持。 對功能菌進行紫外誘變的研究中，根據(jù)對石油烴的降解效果，選取正突變菌株：S14、S21和S32，三株菌株對石油烴降解率誘變后均有所提高；與原菌相比，誘變菌經(jīng)10次傳代后具有遺傳穩(wěn)定性，在堿性或石油烴濃度較低的環(huán)境中能保持對石油烴高效降解的穩(wěn)定性；在石油烴濃度較低條件下，誘變菌株對石油烴的降解符合一級反應動力學方程，濃度較高時，符合零級反應動力學方程；經(jīng)紫外誘變后，石油烴降解菌中單菌的菌體及菌落形態(tài)未發(fā)生變化，僅在菌落所占比例方面有所變化，3種菌株紫外誘變后菌株的9項生理生化特性與原菌株一致。 三種填充介質(zhì)—泥炭、電氣石和珍珠巖的特性研究表明，三種介質(zhì)在與地下水經(jīng)過長期接觸后，無有機物質(zhì)及重金屬元素溶出，少量無機離子（Na+、Mg2+和Ca2+）的溶出使地下水的礦化度和硬度有較少的增加，但不會影響地下水水質(zhì)，因此，三種材料作為PRB填充介質(zhì)，在PRB長期運行中均安全、無害，且比較穩(wěn)定。三種材料不能被微生物分解，具有生物穩(wěn)定性。三種介質(zhì)中，泥炭對功能菌固定化效果最好，24h固定化率達到85%以上，電氣石和珍珠巖對功能菌也有固定化效果，固定化率為20%—30%。電氣石具有輻射中遠紅外線的特性，在PRB修復石油烴污染地下水的過程中，添加電氣石可以調(diào)節(jié)地下水的pH，增加溶解氧，提高微生物脫氫酶活性，減小水分子團結構，增強水的透過性，一定程度上緩解了PRB的堵塞。 構建的兩種PRB反應器中，多介質(zhì)組合PRB按滲透系數(shù)K逐層增大的原則，確定3層填充介質(zhì)為粗砂、電氣石、珍珠巖分別以體積比4:1與固定化泥炭混合，復配介質(zhì)PRB選取粗砂、固定泥炭、電氣石，體積比為3：1：1作為的填充介質(zhì)。結合實際污染場地條件的模擬修復效果表明，兩種PRB均能高效修復石油烴污染地下水，在運行的200d內(nèi)出水中未檢出石油烴，石油烴的污染羽隨時間逐漸擴大，且石油烴首先出現(xiàn)在反應介質(zhì)的底層，然后出現(xiàn)在表層，隨后擴散至整個介質(zhì)層。兩種PRB對比可以看出，從修復效果來看，復配介質(zhì)PRB更高效，從滲透性來看，多介質(zhì)組合PRB的滲透性能較好。復配介質(zhì)PRB運行200d后，反應介質(zhì)前端30cm地下水中TPH為0.74mg/L—5.42mg/L，后端30cm地下水中TPH較低且分布較均勻，均低于0.29mg/L。從滲透性方面來說，多介質(zhì)組合PRB前端0—10cm在反應器運行150d后，滲透系數(shù)低于污染場地含水層的滲透系數(shù)，10cm—30cm在反應器運行200d后，滲透系數(shù)低于污染場地含水層的滲透系數(shù)，30cm—50cm、50cm—60cm的滲透系數(shù)K在運行的200d內(nèi)變化微小，遠遠大于場地的滲透系數(shù)。 兩種PRB運行200d后，對其微生物特性包括微生物數(shù)、脫氫酶活性及對復配介質(zhì)PRB的微生物群落分布的研究表明，地下水中TPH較高的部位，介質(zhì)中的微生物數(shù)量也較多。不同介質(zhì)中微生物的脫氫酶活性存在差異，但同一介質(zhì)層的脫氫酶活性隨深度的變化趨勢大致相同，呈現(xiàn)脫氫酶活性隨深度先增加后逐漸降低的趨勢�？傮w來看，微生物數(shù)量多的層位，相應地微生物所產(chǎn)生的脫氫酶活性也較高，且具有一定的相關性。200d后復配介質(zhì)PRB中微生物群落的DGGE圖譜分析表明，PRB中微生物群落結構的相似性隨著距離的增大而降低，其中B2與B5的相似度最高，達83.1%。微生物群落的Shannon多樣性指數(shù)在1.78—2.19之間，多樣性隨距離的增大而增大。結合PRB中TPH分布來看，TPH濃度高的部位，微生物群落較為穩(wěn)定，多樣性較低。反之，TPH濃度低的部位，微生物群落不穩(wěn)定，多樣性較高。PRB運行200d后，PRB6個點位樣品中都存在固定化功能菌且它們在整個系統(tǒng)中相對數(shù)量占優(yōu)勢。位于PRB的前端，功能菌群的相對數(shù)量較高，隨著PRB距離的增大，功能菌的相對數(shù)量有降低的趨勢。Yarrowia sp.菌在運行的200d內(nèi)在PRB中相對數(shù)量均較高且占優(yōu)勢，Pseudomonassp.和Acinetobacter sp.菌在PRB前端相對數(shù)量較高，在PRB的后端，相對數(shù)量較低，優(yōu)勢不明顯。添加無機營養(yǎng)鹽對微生物脫氫酶活性有一定的激活效果，未添加無機營養(yǎng)鹽的培養(yǎng)液經(jīng)激活后，微生物脫氫酶活性不但沒有繼續(xù)降低，反而有所提高，激活后第2d微生物脫氫酶活性升高到32μgTTC/（L·h），微生物對石油烴的降解率在激活后也隨之提高。 采用Diver地下水水位自動監(jiān)測儀對PRB水位進行在線監(jiān)測，對PRB堵塞部位進行自動識別，監(jiān)測結果表明堵塞部位易發(fā)生在反應器首段0—15cm內(nèi)，采用超聲—高壓水沖洗法進行解堵處理，根據(jù)其對微生物脫氫酶活性、微生物降解石油烴效果和滲透系數(shù)的影響確定最佳解堵條件為聲能密度0.5W/ml、超聲時間8min、沖洗水量100ml/min、沖洗時間20min，在該條件下處理后，PRB堵塞部位得到了有效解除。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：X523
【目錄】：

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9 洪克險;;論面源污染控制在城市水污染治理中的重要性——上海面源污染現(xiàn)狀及思考[J];中國勘察設計;2008年10期

10 錢伯章;石油烴類蒸氣SOVUER法回收[J];石油煉制與化工;1996年02期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 張崢;彭躍;盧雁;賈玉霞;;遼河水有機污染來源判別[A];2008中國環(huán)境科學學會學術年會優(yōu)秀論文集（上卷）[C];2008年

2 沈薇;劉彥;寧長發(fā);陸曉;楊樹林;;細菌BS-03與霉菌OBD-LM2對原油降解作用的比較[A];第一屆全國化學工程與生物化工年會論文摘要集(下)[C];2004年

3 何琨;李真澤;;乙烯裝置節(jié)油流程的開發(fā)[A];2006年石油和化工行業(yè)節(jié)能技術研討會會議論文集[C];2006年

4 劉樹林;;天然氣在火焰切割領域的研究與運用[A];第六屆中國科學家論壇論文匯編[C];2007年

5 李法云;譙興國;楊姝倩;馬溪平;付保榮;吳丹;;污染土壤中石油烴優(yōu)勢降解菌降解性能研究[A];第十次全國環(huán)境微生物學術研討會論文摘要集[C];2007年

6 肖景嫻;馬廣偉;金文清;滕加偉;;ZSM-5/MOR/β沸石混晶分子篩的合成及應用[A];第十一屆全國青年催化學術會議論文集（上）[C];2007年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 記者 李宏乾;[N];中國化工報;2010年

2 記者 趙凡;[N];中國國土資源報;2006年

3 方改娥 劉巖;[N];中國高新技術產(chǎn)業(yè)導報;2002年

4 本報記者 劉瑩 瞿劍;[N];科技日報;2001年

5 本報記者　 于莘明;[N];科技日報;2006年

6 姚耀富;[N];中國化工報;2002年

7 本報記者 姚耀富;[N];中國石化報;2002年

8 本報記者 林菲;[N];農(nóng)民日報;2001年

9 汪衛(wèi)東 王新;[N];中國石化報;2005年

10 高育紅;[N];中國綠色時報;2008年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 陳立;陜北地區(qū)油氣田鉆井混合廢棄物的微生物原位修復技術研究[D];西北大學;2009年

2 鄧偉;南黃海、東海表層沉積物中脂肪烴與多環(huán)芳烴的分布特征及來源初步研究[D];中國海洋大學;2013年

3 胡利民;大河控制性影響下的陸架海沉積有機質(zhì)的“源—匯”作用[D];中國海洋大學;2010年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李勝勇;渤海及鄰近海域表層沉積物中石油烴的分布特征及來源研究[D];中國海洋大學;2013年

2 田春雨;湄洲灣水體石油烴含量、分布特征及其組分研究[D];廈門大學;2009年

3 李雪蓮;膠州灣石油烴與營養(yǎng)鹽對浮游植物和細菌的作用[D];中國海洋大學;2007年

4 蔡笑笑;羥基自由基處理含油壓載水試驗研究[D];江蘇大學;2009年

5 寧亞平;西北黃土地區(qū)石油污染土壤生物修復的菌種篩選與影響因素[D];西安建筑科技大學;2006年

6 宋廣梅;高效石油降解細菌的篩選鑒定和菌群構建[D];揚州大學;2009年

7 崔江瑞;污染物在海洋中的遷移轉化及其在海灣環(huán)境容量研究中的應用[D];廈門大學;2009年

8 張亮;某煉油廠地下水系統(tǒng)石油烴運移機理研究[D];濟南大學;2010年

9 李澤利;錦州灣沉積物典型有機物組成及來源研究[D];中國海洋大學;2011年

10 趙美麗;櫛孔扇貝對石油烴蓄積及響應的初步研究[D];國家海洋局第一海洋研究所;2011年

  本文關鍵詞：原位修復石油烴污染地下水的PRB技術及長效性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：211473