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电动方法是近二十世纪八十年代发展起来的一种环境友好的污染土壤修复技术,初期用于污染土壤中重金属的分离,后期用于污染土壤中有机物的降解。传统意义上电动修复技术的基本原理是指将电极插入污染土壤中,施加直流电形成电场,利用电场产生的各种电动力学效应使重金属离子或者有机污染物在电场作用下定向迁移,然后对污染物进行收集;或将各种添加物有效地输送到地下污染区,提高污染物的降解效率。本研究基于电动修复的基本原理,针对传统方法中的不足之处,提出了矩阵式行/列电极组的极性转换方式,建立了在空间和强度完全对称的修复电场,并以石油污染土壤为修复对象,筛选了适合电动修复的高效降解菌株,优化了相应的营养条件,初步建立了电动-微生物联合修复石油污染土壤的系统方法。
研究结果表明(1)电极极性切换方式消除了阳极酸化现象,使土壤pH稳定在中性状况。同时电极组极性切换方式,使电极轮流处于效率较高的阳极状态,提高了污染物的去除效率。建立了空间和场强上的完全对称电场,提高有效作用区比例,使修复区域内的修复效率提高,较传统电场提高40%。(2)筛选出的高效石油降解菌,B0501,液化金杆菌(Aureobaterium liquefaciens),B0505,弗氏丙酸杆菌属(Propionibacterium freuclenreichii),其他共21种降解菌。在1 V/cm时,电极切换周期24h(1.2×10-5 Hz)时,经过100 d的处理,土壤中石油的去除率达到67.5%,较单一施加微生物修复组提高了1.8倍。(3)土壤有机碳的消耗速率与距离阳极的距离相关,在阳极区消耗快。电动修复后不仅使土壤中的有效氮,有效磷,有效钾等营养物质含量相当于对照组的1.5倍、1.4倍和1.2倍,而且由于电极极性的定时切换使营养物质非定向迁移,在土壤中均匀分布,在更广泛的范围内为更多的微生物提供营养源,加速了石油污染物的降解。(4)电场强度大小和石油降解率之间存在着正相关的联系,其相关性系数为0.9599。适当的电场能够使微生物保持持续的降解能力,60 d后,电动-微生物修复的石油去除率是对照组的2倍,达到45.5%。(5)在辽河油出曙光采油厂进行了石油污染土壤电动-微生物联合修复的中试试验。在1 V/cm的电压下,在修复20 d时微生物的数量达到2.3×109CFU/mL,加速了石油污染物的去除速度,石油的去除率在60 d达到33.42%,是对照组的2.4倍。
本研究在传统电动修复方法基础上,针对石油污染物的特点,采用电动-微生物修复的方法,对电场进行优化设计,同时选用适宜的微生物菌剂,通过过程监控和系统协同建立电动生物综合的高效可控集成方法。