纳米乳化油修复地下水硝酸盐过程中的多孔介质生物堵塞研究

来源 :中国地质大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:brettymate
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地下水污染原位生物修复过程中,生物活动产气、微生物细胞增殖、胞外聚合物累积往往是造成孔隙介质堵塞的主要原因,这三种作用通常紧密联系在一起,导致修复效率降低甚至失效。为揭示三者之间的协同效应,探索有效的缓解途径,本文以纳米乳化油为碳源、市售反硝化菌剂接种微生物开展了地下水硝酸盐氮污染去除模拟批实验研究,论文主要取得以下结论:(1)模拟实验运行的81 d(IV周期)内,单位体积纳米乳化油(mL)平均可去除64.69 mg硝氮,总去除率达83.13%;N2和CO2是主要气体成分,降解1 mg硝氮平均产出0.16 mL N2及0.51 mL CO2;反硝化菌群生长曲线呈下降趋势,可划分为适应期、稳定期及消亡期三个阶段,优势菌属均具有产黏性代谢产物的特性,微生物的丰富度和多样性在前期较低,后期优势明显;以多糖(PS)及蛋白(PN)为主要成分的胞外聚合物(EPS)是微生物主要代谢产物,降解1 mg硝氮平均产出0.16 mg多糖及0.80 mg蛋白。(2)在纳米乳化油原位修复硝酸盐氮污染的过程中,产气、微生物细胞量及胞外聚合物三种堵塞因素错峰出现,产气的高峰出现在前,EPS的峰值出现在后,微生物细胞量则从初始处于下降趋势,协同效应明显。整个堵塞过程可划分为015 d、1530 d、3058 d和5881 d四个阶段,多孔介质体系的有效孔隙度(nMobile)分别经历快速下降、较大回升、小幅下降和大幅回升。假设封闭体系仅在硝氮浓度不再降低的迟滞期排气,模型预测三者协同作用造成的最大渗透性损失可达72.12%,产气在孔隙中占据的体积(nGas)大部分时间在75%以上,对生物堵塞的贡献最大。(3)模拟地下水含水层系统不同开启程度设计不同排气场景,假设系统以7.5 mL·d-1的恒定速率排气,nGas会降低12个数量级,渗透性损失最多可减少26%;假设气体能随产随排,微生物细胞量和胞外聚合物造成孔隙介质的最终渗透性损失降至24.43%,产气对堵塞的贡献率均随着含水层开启程度增加而下降。表明对于相对封闭的含水层系统,采取相关措施增强其开放程度以促进有效排气是有效的堵塞缓解手段。
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