沉積物不同還原性條件下石油烴的降解及重金屬的轉化

《沉積物不同還原性條件下石油烴的降解及重金屬的轉化》是依託華南農業大學，由張振擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：沉積物不同還原性條件下石油烴的降解及重金屬的轉化
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張振
• 依託單位：華南農業大學

項目摘要

石油烴和重金屬所造成的複合污染普遍存在於水體沉積物當中。由於石油烴的複雜性、沉積物的厭氧環境及本身較複雜的非勻質體系，目前對於沉積物中石油烴的降解行為仍然缺乏系統的認識。而不同還原性條件下的生物修復過程對沉積物中重金屬的影響也鮮有報導。本項目擬通過對反硝化、三價鐵還原、硫酸鹽還原以及產甲烷等條件下不同組分石油烴的降解效率、優先降解模式及降解動力學特徵等研究揭示石油烴在沉積物中的厭氧降解行為，並結合微生物種群結構及多樣性和石油烴降解初始活化方式的分析探討石油烴不同還原性條件下降解行為的產生機制。同時還將系統分析不同還原性條件下重金屬形態、遷移性及生物可利用性的轉化及其對環境的長期效應，並探討這一過程中石油烴降解與重金屬轉化的互動作用。其研究結果將有助於更好地理解複合污染條件下各類污染物的降解和轉化規律；在工程實踐中也能夠更加有效地對污染場地開展生物修復並全面評估修復過程對環境造成的潛在影響。

結題摘要

隨著人口的快速增長和經濟社會發展，越來越多的石油烴類有機污染物被不斷地釋放到周圍的環境中，給生態系統及人類健康帶來了嚴峻的威脅。河道沉積物是石油烴類有機污染物進入環境中後的主要“儲存庫”和“二次污染源”。在沉積物環境中，微生物降解是有機污染物去除的主要途徑。然而由於有機污染物組分及沉積物環境條件的複雜多樣，導致對沉積物環境中有機污染物的降解行為、關鍵微生物等降解機制的認識仍然不夠充分，制約了沉積物環境中有機污染的微生物修復技術發展與套用。因而，本研究首先利用室內培養實驗從有機污染物的降解行為和關鍵微生物兩個角度系統地研究了沉積物環境中有機污染物微生物降解機制。進一步地，基於沉積物環境中有機污染物降解行為的微生物調控機制，探索了針對複合污染沉積物的多項生物修復技術，主要結果和結論如下：反硝化和三價鐵還原條件下有利於短鏈正構烷烴和低分子量多環芳烴的降解；產甲烷條件下有利於長鏈正構烷烴和高分子量多環芳烴的降解。進一步發現羧化作用是正構烷烴在反硝化條件下主要的初始活化方式；加延胡索酸作用是正構烷烴在硫酸鹽還原條件下主要的初始活化方式；此外還發現不同還原性條件對重金屬的形態轉化起到顯著影響。利用穩定性同位素標記技術鑑定了菲的主要降解菌。共鑑定出9株降解菌參與了反硝化和三價鐵還原條件下菲的降解，其中反硝化條件為Sphingobium屬、Desulfitobacterium屬和Azoarcus屬；三價鐵還原條件下為Desulfatiglans屬和Deltaproteobacteria綱。反硝化強化微生物燃料電池技術在高效同步降解多種多環芳烴的同時，可以有效去除沉積物中還原性硫化物並產生電能。添加硝酸根的處理組中還原性硫化物的含量的去除率高達94%。反硝化強化微生物燃料電池技術對菲、芘、苯並芘等多環芳烴組分的去除率最高，分別為93%、80%、69%。反硝化強化微生物燃料產生的電壓最高，達到341 mV。論文研究結果可為進一步認識沉積物環境中有機污染物的環境行為、環境風險以及制定相關修復措施提供理論依據和數據支撐。