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

《吉林大學(xué)》 2012年

原位修復(fù)石油烴污染地下水的PRB技術(shù)及長(zhǎng)效性研究

劉虹  

【摘要】：石油作為一種重要能源，是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。然而，在進(jìn)行石油開采、儲(chǔ)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(jìn)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(duì)其污染的控制關(guān)系到人類的健康與生態(tài)的安全。因此，對(duì)石油烴污染地下水的修復(fù)至關(guān)重要。 近年來，石油烴污染地下水的原位修復(fù)技術(shù)得到人們的關(guān)注，其中PRB技術(shù)因具有較長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)原位處理、安裝施工方便、運(yùn)行費(fèi)用低等諸多優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用。PRB技術(shù)應(yīng)用于石油烴污染地下水修復(fù)時(shí)，大部分選擇了生物PRB以達(dá)到高效、清潔、廉價(jià)的修復(fù)目標(biāo)。然而，，在采用生物PRB的實(shí)際修復(fù)過程中，存在由于地下水溫度低、缺乏營(yíng)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(zhǎng)期、有效的運(yùn)行。生物PRB運(yùn)行的長(zhǎng)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(fù)技術(shù)及其長(zhǎng)效性為研究對(duì)象而展開，從PRB功能菌、填充介質(zhì)、反應(yīng)墻體的構(gòu)建及PRB一旦失活或堵塞采取的技術(shù)措施各方面進(jìn)行研究，確保PRB長(zhǎng)期、有效的運(yùn)行。從功能菌方面，對(duì)生物PRB的功能菌株進(jìn)行紫外誘變，以提高功能菌在PRB長(zhǎng)期運(yùn)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(zhǎng)期運(yùn)行中的穩(wěn)定性和對(duì)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(yīng)材料，提高了PRB的生物活性和反應(yīng)介質(zhì)的滲透性；在確定功能菌和填充介質(zhì)的基礎(chǔ)上，為了保證PRB長(zhǎng)期、有效的修復(fù)效果，預(yù)防PRB運(yùn)行過程出現(xiàn)堵塞問題，設(shè)計(jì)、構(gòu)建兩種PRB—多介質(zhì)組合PRB和復(fù)配介質(zhì)PRB，并結(jié)合實(shí)際污染場(chǎng)地的水文地質(zhì)及地下水化學(xué)條件進(jìn)行室內(nèi)模擬修復(fù)，研究、對(duì)比了兩種PRB修復(fù)效果，并對(duì)PRB有效運(yùn)行200d后的生物特性包括微生物數(shù)、脫氫酶活性及復(fù)配PRB的微生物群落分布進(jìn)行分析，為了防止反應(yīng)墻體中微生物的失活，初步研究了采用無機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽對(duì)微生物進(jìn)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(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于PRB運(yùn)行過程中，對(duì)PRB運(yùn)行過程中的堵塞部位進(jìn)行在線自動(dòng)識(shí)別并采用超聲—高壓水沖洗法進(jìn)行解堵處理。以期為石油烴污染地下水實(shí)際修復(fù)工程的長(zhǎng)期、有效運(yùn)行提供理論參考依據(jù)和技術(shù)支持。 對(duì)功能菌進(jìn)行紫外誘變的研究中，根據(jù)對(duì)石油烴的降解效果，選取正突變菌株：S14、S21和S32，三株菌株對(duì)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(duì)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(duì)石油烴的降解符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程，濃度較高時(shí)，符合零級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)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(xiàng)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(zhǎng)期接觸后，無有機(jī)物質(zhì)及重金屬元素溶出，少量無機(jī)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(huì)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(zhǎng)期運(yùn)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(duì)功能菌固定化效果最好，24h固定化率達(dá)到85%以上，電氣石和珍珠巖對(duì)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(yuǎn)紅外線的特性，在PRB修復(fù)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(tuán)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)水的透過性，一定程度上緩解了PRB的堵塞。 構(gòu)建的兩種PRB反應(yīng)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(fù)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(jié)合實(shí)際污染場(chǎng)地條件的模擬修復(fù)效果表明，兩種PRB均能高效修復(fù)石油烴污染地下水，在運(yùn)行的200d內(nèi)出水中未檢出石油烴，石油烴的污染羽隨時(shí)間逐漸擴(kuò)大，且石油烴首先出現(xiàn)在反應(yīng)介質(zhì)的底層，然后出現(xiàn)在表層，隨后擴(kuò)散至整個(gè)介質(zhì)層。兩種PRB對(duì)比可以看出，從修復(fù)效果來看，復(fù)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(fù)配介質(zhì)PRB運(yùn)行200d后，反應(yīng)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(yīng)器運(yùn)行150d后，滲透系數(shù)低于污染場(chǎng)地含水層的滲透系數(shù)，10cm—30cm在反應(yīng)器運(yùn)行200d后，滲透系數(shù)低于污染場(chǎng)地含水層的滲透系數(shù)，30cm—50cm、50cm—60cm的滲透系數(shù)K在運(yùn)行的200d內(nèi)變化微小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于場(chǎng)地的滲透系數(shù)。 兩種PRB運(yùn)行200d后，對(duì)其微生物特性包括微生物數(shù)、脫氫酶活性及對(duì)復(fù)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(shì)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(shì)。總體來看，微生物數(shù)量多的層位，相應(yīng)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(guān)性。200d后復(fù)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(jié)構(gòu)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(dá)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(jié)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(yùn)行200d后，PRB6個(gè)點(diǎn)位樣品中都存在固定化功能菌且它們?cè)谡麄�(gè)系統(tǒng)中相對(duì)數(shù)量占優(yōu)勢(shì)。位于PRB的前端，功能菌群的相對(duì)數(shù)量較高，隨著PRB距離的增大，功能菌的相對(duì)數(shù)量有降低的趨勢(shì)。Yarrowia sp.菌在運(yùn)行的200d內(nèi)在PRB中相對(duì)數(shù)量均較高且占優(yōu)勢(shì)，Pseudomonassp.和Acinetobacter sp.菌在PRB前端相對(duì)數(shù)量較高，在PRB的后端，相對(duì)數(shù)量較低，優(yōu)勢(shì)不明顯。添加無機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽對(duì)微生物脫氫酶活性有一定的激活效果，未添加無機(jī)營(yíng)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(duì)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(dòng)監(jiān)測(cè)儀對(duì)PRB水位進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，對(duì)PRB堵塞部位進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明堵塞部位易發(fā)生在反應(yīng)器首段0—15cm內(nèi)，采用超聲—高壓水沖洗法進(jìn)行解堵處理，根據(jù)其對(duì)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(shí)間8min、沖洗水量100ml/min、沖洗時(shí)間20min，在該條件下處理后，PRB堵塞部位得到了有效解除。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：X523
【目錄】：

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【引證文獻(xiàn)】

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

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