不同厌氧环境中四氯乙烯生物降解研究

论文摘要

四氯乙烯（PCE）是一种广泛用于干洗和脱脂的有机溶剂,是地下水中常见的污染物。关于PCE的处理引起了广泛关注,目前有物理、化学和生物三种处理方法。生物法最大的优点是可以实现无害化,无二次污染,处理成本低,是一种较经济的污染处理措施。PCE只能在厌氧条件下发生共代谢降解,本文主要对较弱的还原环境,包括硫酸盐还原、铁还原、反硝化、混和电子受体和天然地下水环境的PCE脱氯性能进行研究。 本实验采用的是室内培养微生物的方式,当系统中的微生物活性较高时,以醋酸为共代谢基质,进行驯化实验,为了消除地下水中硝酸根和硫酸根的干扰,同时以实验配水和天然地下水为基础培养液,加入相应的电子受体营造不同的还原环境。 当所营造的还原环境已经形成,而且微生物可以适应浓度为120.0μg/L的PCE之后,对PCE在不同厌氧条件下的降解情况进行研究。研究结果表明,铁还原环境比天然地下水环境的PCE脱氯效果要好,到实验的第13天,去除率分别为90.00%以上和84.71%。在这两个环境中,可以使PCE很快转化为三氯乙烯（TCE）,并可以进一步转化为二氯乙烯（DCEs）。根据实验结果进行拟合,PCE的降解和TCE的产生均符合准一级反应动力学方程。 在混和电子受体环境、硫酸盐还原环境和反硝化环境,PCE的去除率主要都以挥发为主,降解只占很小的比例,而且最终的降解产物只有TCE。根据实验第13天PCE的去除率来衡量其它各个环境的PCE降解性能,反硝化环境PCE的降解能力最差;混和电子受体环境次之;硫酸盐还原环境最好。相比较而言,硫酸盐初始浓度低的微环境比硫酸盐初始浓度高的微环境,PCE的降解效果好一些。 在以实验配水营造的铁还原环境PCE的降解性能最好,选择该环境作PCE的影响因素分析,结果表明,PCE在脱氯过程中受温度、pH值、电子受体的影响。温度为20℃时脱氯能力较强,半衰期为2.78天,温度为12℃时PCE仍可以脱氯,半衰期为6.45天;到实验结束时,初始pH值在6.00～8.00之间的微环境,PCE的去除率达到90.00%以上;pH值在5.00左右,铁还原作用较强烈,产生的Fe（Ⅱ）浓度为67.71mg/L,PCE的去除率为34.52%;而当pH值>9.00时,铁还原作用不明显,产生的Fe（Ⅱ）浓度为4.52mg/L,而且PCE的去除率不足20.00%。加入硝酸盐和硫酸盐后,会使PCE的脱氯受到抑制,而且抑制作用与加入的硝酸盐和硫酸盐浓度成正比。实验结束时,未加N<sub>3-的微环境中,PCE的反应速率常数是NO3-浓度为500.0mg/L的环境中的5.12倍;未加入SO42-的微环境中,PCE去除率达到了100.0%,而在SO42-初始浓度为100.0mg/L的微环境中,PCE的去除率仅为47.79%。

论文目录

• 第一章 研究现状与选题意义
• 1.1 PCE的污染现状与危害
• 1.1.1 PCE的性质
• 1.1.2 污染现状
• 1.1.3 PCE的危害
• 1.1.4 饮用水法规
• 1.2 PCE处理方法研究现状
• 1.2.1 物理方法
• 1.2.2 化学方法
• 1.2.3 生物方法
• 1.3 国内外研究现状及存在问题
• 1.3.1 研究现状
• 1.3.2 存在问题
• 1.4 本研究的意义和内容
• 第二章 实验设计
• 2.1 实验仪器和材料
• 2.1.1 主要实验材料
• 2.1.2 主要仪器
• 2.1.3 测试方法
• 2.2 实验设计
• 2.2.1 微生物培养
• 2.2.2 微生物驯化
• 2.2.3 PCE降解实验
• 2.2.4 影响因素分析
• 第三章 微生物培养和驯化
• 3.1 微生物培养
• 3.1.1 培养实验目的
• 3.1.2 培养实验方法
• 3.1.3 培养实验结果
• 3.2 混和电子受体环境微生物驯化
• 3.2.1 驯化实验目的
• 3.2.2 驯化实验方法
• 3.2.3 驯化实验结果
• 3.2.4 微生物鉴定实验
• 3.2.4.1 鉴定实验目的
• 3.2.4.2 鉴定实验材料
• 3.2.4.3 鉴定实验方法
• 3.2.4.4 鉴定实验结果
• 3.3 不同还原环境微生物驯化
• 3.3.1 实验目的
• 3.3.2 实验方法
• 3.3.2.1 以地下水为基础培养液
• 3.3.2.2 以实验配水为基础培养液
• 3.3.3 实验结果
• 3.3.3.1 第一周期的实验结果
• 3.3.3.2 反硝化环境的驯化结果
• 3.3.3.3 铁还原环境的驯化结果
• 3.3.3.4 硫酸盐还原环境的驯化结果
• 3.3.3.5 混和电子受体环境的驯化结果
• 3.3.3.6 天然地下水环境的驯化结果
• 3.3.4 实验小结及下一步工作
• 第四章 PCE降解实验结果与讨论
• 4.1 实验目的
• 4.2 实验方法
• 4.3 实验结果
• 4.3.1 不同还原环境微生物数量和活性
• 4.3.2 不同还原环境PCE及其降解产物
• 4.3.2.1 以地下水为基础培养液
• 4.3.2.2 以实验配水为基础培养液
• 4.3.3 反硝化环境PCE的降解
• 4.3.4 铁还原环境PCE的降解
• 4.3.5 硫酸盐还原环境PCE的降解
• 4.3.6 混和电子受体环境PCE的降解
• 4.3.7 天然地下水环境PCE的降解
• 4.4 结论与讨论
• 4.5 实验小结及下一步工作
• 第五章 PCE降解反应机理与影响因素分析
• 5.1 反应机理
• 5.1.1 PCE厌氧生物降解
• 5.1.2 PCE还原脱氯原理
• 5.1.3 PCE脱氯的产物
• 5.2 影响因素分析
• 5.2.1 实验目的
• 5.2.2 温度
• 5.2.3 pH值
• 5.2.4 硝酸盐
• 5.2.5 硫酸盐
• 5.2.6 同时加入硝酸盐和硫酸盐
• 5.3 实验小结
• 第六章 结论与建议
• 6.1 主要结论
• 6.2 存在问题及建议
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 作者简介