基于生态毒性评估的苯系物污染土壤化学修复技术研究

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化学氧化技术已被广泛的应用于有机污染土壤修复,但对其修复效果的评估目前还停留在污染物去除率,缺乏对土壤属性与生态毒性影响的全面评价。本研究以苯系物(BTEXs)污染土壤为研究对象,采用室内土柱模拟实验,基于生态毒性测试对四种典型化学氧化药剂(过氧化氢、芬顿试剂(Fenton)、过硫酸钠、高锰酸钾)处理苯系物污染土壤的修复效果进行了综合评估,为完善有机污染土壤化学氧化修复技术的绿色修复效果评估体系提供科学数据。主要得到以下结论:(1)不同氧化药剂在适当的药剂浓度下均可有效去除土壤中的苯系物,去除率呈现为:过硫酸钠>高锰酸钾≥Fenton试剂>过氧化氢。其中烷基取代基作为激活基团,促进了二甲苯与甲苯的氧化降解。(2)不同氧化药剂对土壤理化性质的影响有较大差异,共同点是氧化修复后土壤的有机质含量均显著下降,这与氧化药剂的氧化能力具有非选择性有关。除过氧化氢外,氧化药剂随浓度的增加会显著改变土壤的p H,Fenton与过硫酸钠处理会显著降低土壤的p H,而高锰酸钾会增加土壤p H,各处理土壤阳离子交换量(CEC)的变化与p H相似。综合比较下,几种氧化药剂对土壤理化性质的影响程度为:过硫酸钠>Fenton>高锰酸钾>过氧化氢。(3)BTEXs污染对土壤的生态毒性具有负面影响,不同药剂修复后土壤生态毒性的变化存在较大差异。过氧化氢与高锰酸钾处理对土壤植物毒性影响较小,而高剂量的芬顿与过硫酸钠处理会显著提高土壤的植物毒性;四种氧化处理均会增加土壤的动物毒性,使蚯蚓的存活率降低,其中Fenton、过硫酸钠与高锰酸钾随着浓度的增加土壤动物毒性显著降低;水生生物毒性测试结果表明,过氧化氢处理后的水生生物毒性无显著变化,Fenton与过硫酸钠氧化处理后土壤中水溶性物质对发光菌发光强度具有显著抑制作用,而高锰酸钾修复后土壤浸提液的水生生物毒性显著降低;综上,不同氧化药剂修复后的土壤生态毒性表现为:过硫酸盐>Fenton>高锰酸钾>过氧化氢。(4)BTEXs污染会抑制土壤微生物的丰度与多样性,化学氧化修复可改善这一现状,如低浓度的过氧化氢与Fenton。另一些氧化药剂的使用则会对土壤微生物群落造成更严重的影响,如高锰酸钾的使用显著降低了微生物群落的多样性。土壤样品中优势菌门主要为:变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)以及酸杆菌门(Acidobacteria)。化学氧化修复后土壤的主要优势菌门会发生改变,这与化学氧化后土壤环境条件发生改变有关。低浓度的氧化药剂修复对土壤微生物群落的影响在60天后都能有所恢复,但高浓度的氧化药剂对微生物群落的影响更严重、持久。此外,化学氧化修复后土壤微生物组的功能基因组成也发生了变化,其功能基因的改变可能存在潜在环境风险。综合比较而言,不同氧化药剂对土壤微生物群落的影响力为:高锰酸钾>过硫酸钠>Fenton>过氧化氢。
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