乳化油为电子供体异化铁还原耦合降解硝基苯的研究

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目前,由于染料、炸药、润滑剂等有机合成工业的大量生产和不合理控制,硝基苯对地下水以及河流的污染日益严重,其具有强烈的生物毒性且性质稳定较难降解,严重影响了人们的正常生活和健康。因此,硝基苯污染的修复越来越受到人们的重视,近年来以微生物异化铁还原对此类污染物的耦合降解已成为国内外研究的热点。异化铁还原的电子供体主要是短链有机酸、糖类等可溶性较好的有机质。而场地应用中,溶解性较好的基质由于微生物的快速降解和水流扩散等作用而被迅速耗尽。因此,基质必须要频繁的投加到含水层中,从而增加了运营和管理费用。乳化油是由水和油混合而成的粗分散系统,可作为替代甲醇、糖蜜、无水乙醇和乳酸钠等可溶性基质,是一种有效、廉价的电子供体。乳化油具有溶解度低,释放电子缓慢,注入含水层后渗透损失小,油剂滞留量低,和能够均匀分布到距离注射点位较远区域等优点,从而有效地降低运营和管理费用。因此,以乳化油为碳源的协同异化铁还原硝基苯的研究在场地应用及工程实践中具有广泛应用前景。本文通过一系列实验,探索了乳化油的制备方法和乳化油协同异化铁还原降解硝基苯的特性;考察了乳化油在耦合降解硝基苯时相比较其他电子供体的优势;进行了乳化油为电子供体耦合降解硝基苯的影响因素研究;并进一步对乳化油反应体系进行了强化和地下水模拟实验。结果表明:(1)当使用吐温-80为乳化剂,大豆油与吐温-80的添加比例为20:1,且用超声波处理30min时制备的乳化油油滴较小、分散均匀且不易发生分层现象,效果最好;异化铁还原微生物以赤铁矿和针铁矿为唯一电子受体时,均能利用乳化油为唯一电子供体进行异化铁还原反应,乳化油浓度对反应影响较大,1g/L乳化油的异化铁还原效果最好;乳化油为碳源的异化铁还原对硝基苯有较高的降解效率,但是降解周期较长,0.1、0.5、1、5、10g/L乳化油的硝基苯降解率依次为41.48%,53.2%,71.09%,62.35%,50.57%。因此,乳化油可以作为电子供体被微生物利用进行异化铁还原耦合降解硝基苯。(2)针铁矿或赤铁矿反应体系中,同等质量浓度的乳化油不但相比较葡萄糖和乙酸能更长时间的为微生物生长提供电子,并能维持更长时间的异化铁还原和硝基苯降解,且能得到较理想的硝基苯去除效率,因此,乳化油是一种持久、廉价、有效地电子供体;铁还原微生物利用乳化油为电子供体时,异化铁还原符合一级动力学方程,lnCFe(3+)=-0.0106t-1.632,反应半衰期为65.38d;耦合降解硝基苯反应中,硝基苯的降解也满足一级动力学方程:lnCNB=-0.02769t+4.568,体系中硝基苯的半衰期为25.03d。(3)以不同浓度的针铁矿和赤铁矿为电子受体时,添加量为3ml时硝基苯降解效率最高为67%和44.69%;以乳化油为电子供体时,针铁矿比赤铁矿更适合作为电子受体耦合降解硝基苯;乳化油浓度是影响着硝基苯降解效果的重要因素,1g/L为最适宜浓度,硝基苯去除率达70%以上,此体系下硝基苯的半衰期约为23d;过高的硝基苯浓度明显抑制铁还原微生物的生长,从而影响硝基苯的降解,且1g/L乳化油-3ml针铁矿反应体系中,降解效果最佳的硝基苯浓度为100mg/L。(4)在乳化油反应体系中添加一定量的葡萄糖可以明显提高硝基苯耦合降解效率,添加50mg/L的葡萄糖可以一定程度上刺激微生物的生长提高硝基苯的降解速率,硝基苯降解率提高至80%,反应速度提高了约40%;在模拟试验中,体系中乳化油亦可长期为微生物生长及一系列生化反应提供电子,乳化油-葡萄糖反应体系对地下水环境中硝基苯的去除效率为71.21%。
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