人工湿地系统有机氯类污染物的去除及生物优化机制研究

发布时间：2016-12-12 09:56

  本文关键词：人工湿地系统有机氯类污染物的去除及生物优化机制研究，由笔耕文化传播整理发布。

《山东大学》 2015年

人工湿地系统有机氯类污染物的去除及生物优化机制研究

赵聪聪  

【摘要】：有机氯类污染物是典型的“三致”污染物,具有较长的半衰期和较高的生物蓄积性,对人类健康和生态环境危害极大,已引起普遍关注,是目前世界各国重点控制的污染物。人工湿地具有投资少、运行费用低、管理方便和美化环境等优点,在有机氯类污染物处理上具有突出的技术优势。但目前人工湿地系统去除有机氯污染物的机制尚不明确,且普遍存在出水浓度偏高的情况。因此有必要研究典型有机氯污染物在人工湿地系统中的去除机制及其强化措施,为人工湿地去除有机氯污染物提供科学依据。本论文以两种典型的有机氯污染物,农药类硫丹和药品及个人护理品(PPCPs)类三氯生为研究对象,从污染调查入手,结合小试系统研究分析了硫丹和三氯生的去除机制,并以此为依据提出了生物强化和植物优化方案,明确了人工湿地系统去除硫丹和三氯生的生物优化机制,得到的主要结论如下：(1)氮磷营养物质是土壤中硫丹迁移转化的重要影响因素,细菌是硫丹降解的重要微生物类别。农药厂污染土壤中,p硫丹是硫丹的主要存在形式(43.30-100%),具有降解慢、扩散快的特点；并且硫丹类物质与土壤中碳和磷的浓度呈显著相关。从微生物降解机制上来看,细菌对土壤系统中硫丹的去除贡献率高于真菌,且随着硫丹浓度的增加,两者差异更加显著。同时,细菌对硫丹的耐受性更高,因而其在硫丹的降解中具有更加重要的作用。(2)生物优化能够进一步提高人工湿地系统中硫丹的去除效率,单一强化较复合强化更适宜被采用。对湿地系统各组成部分的分析表明,生物促进和碳源生物刺激能够促进微生物对硫丹的降解从而强化硫丹的去除效果,而磷源生物刺激则促进了植物对硫丹的吸收,复合强化过程则同时促进了微生物对硫丹降解和植物对硫丹的吸收过程。复合强化虽然较单一强化效率更高,但差异不显著,且操作复杂耗费较高。因此单一强化,特别是生物促进和碳源生物刺激更适于强化人工湿地系统中硫丹的去除。(3)人工湿地系统可有效去除三氯生,其中植物吸收具有较大的潜力。冬季典型的大规模人工湿地系统中三氯生的去除率在22.44～78.82%,向下游水体的日均三氯生释放量为4.40-92.60g,其潜在威胁不容忽视。浮萍小试系统对三氯生的去除率在80%以上,其中基质吸附作用占44～56%,生物降解作用约占30%,而植物的吸收作用则随运行周期逐渐增强。(4)植物优化能够进一步提高人工湿地系统中三氯生的去除效率,而生物富集因子(BSAFs)可用于表征基质、植物与微生物三因子作用的指标。挺水植物对三氯生的去除效果最好,沉水植物次之,漂浮植物最差,各湿地系统基质微生物群落结构及丰富度均受三氯生影响,且存在植物种间差异。其中,Beta变形菌纲是香蒲和轮叶黑藻系统三氯生降解的重要菌群,而Delta、Gamma变形菌纲以及鞘脂杆菌纲对槐叶萍系统起重要作用。同时通过分析BSAFs与植物富集能力及系统微生物降解作用之间的相关性,得出了BSAFs可以用在植物优化种植策略的选取中,丰富了对BSAFs的认识。(5)针对不同种类有机氯类污染物的不同特性,提出了不同的生物优化措施以进一步提高其去除效率。对于半衰期长、具有挥发性的有机氯污染物,可采用基于微生物降解作用的生物优化措施,对半衰期短的非POPs类有机氯污染物,可以通过植物优化调控和优化人工湿地系统自身的配置,进一步提高其在人工湿地系统中的去除效率。生物优化不但能进一步提高有机氯类污染物的去除效率,还能节约处理成本,对保障区域水质安全、增加湿地经济附加值、提升城市环境和社会经济效益具有重要意义。论文研究成果可为提高有机氯类污染物去除效果提供理论依据,为人工湿地系统中生物优化措施的筛选提供参考,对于净化水体和维护人类健康具有重要的现实意义。

【关键词】：
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X703
【目录】：

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