堆肥法生物修复多环芳烃污染土壤

论文摘要

多环芳烃（Polycyclic Aromatic Hydrocarbon, PAHs）是指两个或两个以上的苯环排列组成的化合物。PAHs的共轭体系使其具有低溶解性和较强的憎水性,能强烈地分配到土壤有机质中,土壤已成为PAHs的重要归宿,承担着其90%以上的环境负荷。进入上壤的多环芳烃,对人类健康和整个生态系统的安全构成了巨大的威胁。多环芳烃在环境中的分布及积累及其对人体健康潜在的威胁已引起世界各国的高度重视。美国国家环保局（EPA）将16种PAHs列为优先污染物,我国也早把PAHs列入环境优先监测的污染物黑名单。因此,去除污染土壤中的PAHs就具有重要的现实意义。本文采用强制通风堆肥法修复PAHs污染土壤,通过试验研究,优化和强化PAHs污染土壤的堆肥生物修复效果,为我国堆肥生物修复PAHs污染土壤探索新途径和提供技术支持。对供试土壤中的16种PAHs含量分析结果表明：焦化厂土壤中PAHs的总含量在高达504 mg/kg,在16种PAHs中2-3环类PAHs的含量低于4-6环类PAHs的含量,其中4-6环类PAHs的含量占总PAHs含量的70%以上。通过批量实验研究,考察了不同猪粪添加比例下的PAHs降解效果,优化了猪粪添加比例。研究结果表明,在猪粪：土壤：锯末混合比例分别为1：1：1、1.5：1：1、0.8：1：1的试验中,猪粪：土壤：锯末混合比例为1：1：l的堆体16种总PAHs的平均降解率及低、中、高环类PAHs的平均降解率均高于1.5：1：1、0.8：1：1两个比例的堆体,其16种总PAHs的平均降解率及低、中、高环类PAHs的平均降解率分别为64.05%、77.79%、63.81%、63.58%；堆料中的总PAHs的含量由原来的144.7 mg/kg降低至14.51 mg/kg,对PAHs有着比较好的降解率。眷、冬两季的反应器堆肥试验表明：春、冬两季试验中,猪粪：土壤：锯末混合比例为1：1：1的堆体,其PAHs降解率均高于混合比例为3：1：1的堆体；冬季试验时堆体中PAHs的降解率高于春季,其中冬季混合比例为1：1：1的堆体其16种总PAHs的降解率与低、中、高环类PAHs的降解率分别为：78.97%、70.57%、81.71%、79.51%,堆肥结束时堆体中16种PAHs的总含量为9.46 mg/kg,对PAHs的去除效果明显。在优化猪粪添加比例的试验基础上,通过正交试验,考察和比较了非离子表面活性剂吐温-80及生物表面活性剂鼠李糖脂的添加浓度及温度、堆肥时间对PAHs污染土壤堆肥生物修复效果的影响,结果表明,在非离子表面活性剂吐温-80的添加浓度为4CMC、堆体温度维持在25℃-35℃、堆肥时间为21 d时,16种PAHs的降解率达到最大值。表面活性剂强化堆肥修复受PAHs污染土壤试验结果表明,在添加4CMC的吐温-80,于三天后使用25℃循环水浴一周,周期性进行补水的放置于温室的堆体,其PAHs降解率高于其它控制条件下堆体的降解率,其中堆体的低、中、高环类PAHs及16种PAHs的总平均降解率分别为45.44%、12.35%、24.23%、18.92%；且放置于温室中的3个堆体的PAHs降解效果优于室外环境堆体,室外环境堆体的PAHs基本未被降解；在堆肥过程中,降解PAHs的主要微生物种类为芽孢杆菌与白腐菌,其所占比例分别为10-40%与5～30%。通过批量和堆肥反应器的试验研究,初步得出了堆肥过程的优化控制参数：通过周期性的补水,使堆料的含水率保持在50-60%之间；对比未进行任何处理的被污染焦化厂土襄,通过添加猪粪进行堆肥处置后,土壤中的PAHs含量已经有所减少,达到了生物修复被污染土壤的目的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 多环芳烃的理化性质及其危害
• 1.1.1 多环芳烃的理化性质
• 1.1.2 多环芳烃的危害
• 1.2 土壤多环芳烃污染现状
• 1.2.1 土壤多环芳烃的来源
• 1.2.2 PAHs污染土壤的分布
• 1.2.3 PAHs污染带来的危害
• 1.3 PAHs污染土壤修复现状
• 1.3.1 多环芳烃污染治理方法
• 1.3.2 物理、化学法
• 1.3.2.1 物理法
• 1.3.2.2 化学法
• 1.3.3 植物修复
• 1.3.4 微生物修复法
• 1.3.5 多环芳烃污染土壤的处理技术
• 1.4 堆肥修复PAHs污染土壤
• 1.4.1 堆肥修复生物修复现状
• 1.4.1.1 堆肥修复现状
• 1.4.1.2 堆肥技术修复PAHs污染土壤时的影响因素
• 1.5 本研究意义
• 第二章 引言
• 2.1 研究背景
• 2.2 研究内容
• 2.3 技术路线
• 第三章 材料与方法
• 3.1 实验材料
• 3.1.1 供试土壤
• 3.1.2 供试猪粪与木屑
• 3.1.3 供试表面活性剂
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 猪粪添加比例优化试验研究
• 3.2.1.1 猪粪添加比例优批量化试验研究
• 3.2.1.2 猪粪添加比例优化反应器实验试验研究
• 3.2.2 表面活性剂及其添加量优化试验研究
• 3.2.2.1 表面活性剂及其添加量优化批量试验研究
• 3.2.2.2 表面活性剂强化修复多环芳烃污染土壤反应器试验
• 3.3 分析方法与主要仪器设备
• 3.3.1 多环芳烃与N、P等指标的分析方法
• 3.3.1.1 多环芳烃的分析测定方法
• 3.3.1.2 GC/MS的色谱条件
• 3.3.1.3 N素、P素、pH、EC、OM、含水率的分析方法
• 3.3.1.4 异养菌计数
• 3.3.2 数据分析方法
• 第四章 结果与讨论
• 4.1 猪粪添加比例优化试验研究
• 4.1.1 实验室批量试验
• 4.1.1.1 不同添加猪粪比例对PAHs降解的影响
• 4.1.1.2 温度对PAHs降解率的影响
• 4.1.1.3 堆肥完成后不同猪粪添加比例下堆料中的PAHs含量
• 4.1.1.4 小结
• 4.1.2 堆肥反应器实验
• 4.1.2.1 不同添加猪粪比例对PAHs降解的影响
• 4.1.2.2 温度对PAHs降解率的影响
• 4.1.2.3 春、冬季节低、中、高环类PAHs的降解过程
• 4.1.2.4 PAHs降解动力学分析
• 4.1.2.5 堆肥结束时不同猪粪添加比例下堆料中的PAHs含量
• 4.1.2.6 小结
• 4.2 表面活性剂强化修复多环芳烃污染土壤试验研究
• 4.2.1 实验室批量试验
• 4.2.1.1 不同试验处理下的16种PAHs的降解率
• 4.2.1.2 堆肥结束时堆料中PAHs的含量
• 4.2.1.3 最优组合
• 4.2.1.4 小结
• 4.2.2 堆肥反应器试验
• 4.2.2.1 不同试验条件对PAHs的降解率的影响
• 4.2.2.2 温度对PAHs降解的影响
• 4.2.2.3 堆肥过程中微生物相的变化
• 4.2.2.4 小结
• 4.3 其它指标对PAHS降解率的影响
• 4.3.1 含水率与有机质
• 4.3.2 pH
• 4.3.3 小结
• 第五章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 发表论文及参加课题