有毒污染物在小清河人工湿地的时空分布特征及土壤微生物的环境响应

发布时间：2020-03-17 20:30

【摘要】：人工湿地作为一种生态污水处理技术，被广泛应用于城市污水处理厂深度处理工艺。湿地净化废水的效能、工艺的可行性，，废水排放对湿地生态系统的影响研究成为备受环境工作者关注和研究的热点。本文以小清河流域（寿光段）芦苇湿地及上游污水处理厂为研究对象，监测COD、TN、TP、氨氮、有机酚类等常规污染物，应用电感耦合等离子光谱法和气相色谱质谱联用法研究湿地环境中重金属(Pb、Mn、As、Hg、Zn、Cr、Cd)，PAHs和OCPs等有毒污染物的含量水平及分布特征，利用分子生物学方法构建土壤基因文库，着重考察污灌对污染物的分布影响和受污前后湿地土壤微生物群落结构的变化，并识别出有毒污染物PAHs和OCPs与土壤微生物群落结构的对应关系。利用内梅罗指数和综合营养指数对湿地水体水质进行评价，湿地挥发酚、TN、TP、COD、Chl-a污染等级为Ⅴ类，BOD、NH3-N污染等级为Ⅳ类，水体重度富营养。芦苇湿地对氨氮去除率为34.4%，COD去除率为12%，对混合废水去除效果不理想。水厂和湿地水环境OCPs和PAHs含量均低于国家地表水环境质量标准 (GB3838-2002)限值。七氯、环氧七氯、CN、DDT、艾氏剂、狄氏剂和异狄氏剂、氯丹(CC,TC,TN)、CN等物质均低于检出限；∑HCHs浓度范围在0-0.24ng/l之间，由周边环境污染迁移造成的；六氯苯浓度范围在0.03-0.13ng/l之间，由上游企业造纸和炼钢废水造成；硫丹浓度范围为0.06-2.32ng/l，硫丹硫酸盐浓度范围为nd-0.18ng/l，由污水处理厂排污造成。水体中只检测到萘、苊烯、苊、芴、菲、荧蒽、芘等7种4环以下低分子量芳烃，质量浓度范围为99.98-386.65ng/l，占总PAHs的88.5-98.4%。湿地土壤剖面中重金属元素Pb、Zn、Mn、Cr含量接近于国家背景值，未检测到Cd和Hg。湿地对重金属的吸附转化能力依次为PbZnMnCr。Cr主要富集在土壤表层，难向更深层迁移，污灌对Zn含量影响不显著，Pb易随着污灌水体沿土壤垂直方向迁移，Mn易随水体迁移达到各层位相对平衡状态。十年污灌区有机质和Cr、Mn、As相关性不显著，与Zn含量在p0.05水平显著相关，与Pb含量在p0.01水平显著相关；三年污灌湿地土壤有机质和As相关性不显著，有机质和Zn、Cr、Mn、Pb在P0.01水平上显著相关；无污灌湿地中土壤有机质和As、Zn、Cr、Mn、Pb在P0.05水平上显著相关。十年污水灌溉降低了重金属的污染水平，某种程度修复了土壤中重金属的污染，三年污灌区由于当地工业排污等原因加重了重金属的污染。湿地表层土壤中HCHs和DDTs含量低于国家土壤环境质量标准(GB15618－1995)。DDT以DDE形式存在，由历史残留造成的，同样点DDT残留量高于HCH残留量。湿地各灌区土壤中PAHs多聚集在表层0-6cm处，6-8cm深度以下PAHs含量显著降低后趋于平缓。PAHs污染由大气污染和石油污染，高温燃烧各种污染源共同造成。十年灌区PAHs含量与土壤有机质在p0.05水平显著相关，无污灌区PAHs含量和土壤有机质无相关性。十年污灌区Σ16PAHs含量范围为9.84-357.85ng/g，无污灌区Σ16PAHs含量为12.83-116.26ng/g，三年污灌区Σ16PAHs含量范围为10.32-102.52ng/g。十年污灌加深了土壤中PAHs污染，但因无污灌区位置临近十年灌区，受十年污灌区影响导致污染比三年污灌区严重。无污灌湿地土壤样品中主要微生物门类有4类，分别为Gemmatimonadetes，Actinobacteria，Proteobacteria，Firmicutes及部分unculturedbacterium；十年污灌湿地土壤样品中主要微生物门类为2类：Acidobacteria，Proteobacteria及部分 unculturedbacterium。两区域共有微生物种属44种，占各区微生物总量的72%和58%，长期污灌引起本底微生物含量下降14个百分点。十年污灌湿地内对有机氯代烃，酚类等物质具有降解能力的菌群开始大量积累。从微生物的种属特征可以鉴别出芦苇湿地排污成分主要是有机氯代烃类的农药，焦化废水等工业废水排入的酚类物质。十年污灌区土壤样品中参与硝化反硝化反应的微生物大量存在，反映出污水中氨氮超标严重。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X703;X17

【参考文献】