厭氧條件下土壤典型氧化還原過程對(duì)五氯酚還原轉(zhuǎn)化的影響.pdf

1、五氯酚(PCP)作為一種致毒、致畸、致癌的“三致”氯代有機(jī)物，因其在環(huán)境中難降解，而被列入了優(yōu)先污染物。PCP曾作為除草劑、殺蟲劑、木材防腐劑等在世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用，造成了土壤污染。土壤中PCP的還原轉(zhuǎn)化主要是微生物參與的生化過程。一般來說，土壤中存在天然的鐵還原、硫還原、產(chǎn)甲烷過程，且這些典型的還原過程在淹水厭氧條件下更活躍。因此，土壤，尤其是淹水土壤中PCP的還原轉(zhuǎn)化必然與土壤中典型的氧化還原過程存在相互聯(lián)系。
　　本文研究了

2、在厭氧條件下PCP還原脫氯與土壤中典型氧化還原過程（鐵還原過程、硫還原過程、產(chǎn)甲烷過程）的關(guān)系，以為發(fā)展污染修復(fù)的優(yōu)化方法和措施提供理論支撐。具體研究?jī)?nèi)容包括:產(chǎn)甲烷條件下，不同電子供體對(duì)PCP還原轉(zhuǎn)化的影響;硫酸鹽還原條件下，不同電子供體對(duì)PCP還原轉(zhuǎn)化的影響;產(chǎn)甲烷過程對(duì)PCP還原轉(zhuǎn)化的影響。獲得的主要研究結(jié)果如下:
　　(1)通過外源添加四種不同電子供體（甲酸鈉、乙酸鈉、丙酮酸鈉、乳酸鈉）設(shè)置了產(chǎn)甲烷條件開展研究，發(fā)現(xiàn)四種不

3、同電子供體的外源添加都可不同程度地促進(jìn)PCP的還原降解，但同時(shí)也促進(jìn)了甲烷排放和有毒害的鐵/硫還原物質(zhì)的形成。在所有試驗(yàn)的電子供體中，丙酮酸鈉對(duì)PCP還原降解的促進(jìn)效果最好，但也造成了最多量的甲烷排放，還加重了土壤中鐵/硫還原物質(zhì)的毒害效應(yīng)。綜合考慮各種因素，乙酸鈉是協(xié)調(diào)PCP還原轉(zhuǎn)化與土壤天然氧化還原過程間相互作用的最佳電子供體，可在促進(jìn)絕大部分PCP還原降解的同時(shí)，最大程度避免由外源電子供體添加導(dǎo)致的促進(jìn)甲烷排放和有害鐵/硫還原物質(zhì)

4、形成的負(fù)面效應(yīng)。此外，基于多元統(tǒng)計(jì)的冗余分析(RDA)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)甲烷過程和鐵還原過程與PCP的還原脫氯表現(xiàn)為協(xié)同促進(jìn)的關(guān)系。高通量測(cè)序結(jié)果揭示培養(yǎng)體系中主要的微生物菌屬為Pseudomonas、Sedimentibacter、Clostridium、Desulfosporosinus、Desulfovibrio、Geosporobacter Thermotalea和Methanosaeta、以及Pelobacteraceae綱（該分類以下水

5、平的微生物未檢測(cè)到）。結(jié)合化學(xué)指標(biāo)和微生物學(xué)指標(biāo)的動(dòng)態(tài)耦合關(guān)系分析發(fā)現(xiàn)，在丙酮酸鈉、乳酸鈉、乙酸鈉處理中，關(guān)鍵功能性脫氯微生物可能包括:Sedimentibacter、Clostridium、Pseudomonas。而其它沒有脫氯功能的細(xì)菌，尤其是鐵還原菌(Pelobacteraceae和Geosporobacter Thermotalea)也可能通過與脫氯功能細(xì)菌間互養(yǎng)關(guān)系間接促進(jìn)PCP的還原脫氯。通過所有還原過程中電子轉(zhuǎn)移當(dāng)量的化學(xué)

6、計(jì)量分析，結(jié)合高通量測(cè)序分析揭示的功能微生物的動(dòng)態(tài)變化特征，還可以推測(cè)，在電子供體充足的條件下（能確保所有還原過程所需的電子量的消耗），古菌Methanosaeta或許可能通過傳遞H2到功能性的脫氯菌來刺激還原脫氯的進(jìn)行。
　　(2)與第(1)部分研究體系相同，進(jìn)一步考慮硫酸鹽的影響作用，通過外源添加硫酸鹽，設(shè)置了硫酸鹽還原條件。通過研究發(fā)現(xiàn)，硫酸鹽添加后，增強(qiáng)硫酸鹽還原的條件下，大部分處理中PCP的還原降解速率有所降低，但Fe(

7、Ⅲ)的還原得到促進(jìn)。所試驗(yàn)的電子供體中，丙酮酸鈉和乳酸鈉在促進(jìn)PCP還原降解方面顯示出了最好的效果。同時(shí)，RDA分析顯示出與產(chǎn)甲烷條件一致的結(jié)果，即產(chǎn)甲烷過程和鐵還原過程與PCP的還原脫氯表現(xiàn)為協(xié)同促進(jìn)的關(guān)系，但RDA結(jié)果也進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)硫酸鹽還原過程與PCP的還原脫氯存在相互抑制的關(guān)系。高通量測(cè)序結(jié)果揭示培養(yǎng)體系中主要的微生物屬為Pseudomonas、Sedimentibacter、Clostridium、Desulfosporosin

8、us、 Desulfovibrio、Geosporobacter Thermotalea和Methanosaeta以及Pelobacteraceae綱（該分類以下水平的微生物未檢測(cè)到）。硫酸鹽還原條件下，在丙酮酸鈉、乳酸鈉、乙酸鈉處理中，關(guān)鍵的功能性脫氯微生物可能包括:Sedimentibacter，Clostridium、Pseudomonas;其它沒有脫氯功能的細(xì)菌，尤其是鐵還原菌(Pelobacteraceae和Geosporob

9、acter Thermotalea)也可能通過與脫氯功能細(xì)菌間互養(yǎng)關(guān)系間接促進(jìn)PCP的還原脫氯;且在電子供體充足的情況下，古菌Methanosaeta可能可以通過傳遞H2到功能性的脫氯菌來刺激還原脫氯過程。這些結(jié)論與產(chǎn)甲烷條件中的發(fā)現(xiàn)一致。有趣的是，化學(xué)指標(biāo)和微生物學(xué)指標(biāo)間的動(dòng)態(tài)耦合關(guān)系還進(jìn)一步支撐增強(qiáng)硫酸鹽還原條件下可能存在與產(chǎn)甲烷條件不同的機(jī)制，即硫酸鹽還原菌（Desulf ospor osinus、Desulfovibrio）可能

10、不僅具備還原硫酸鹽的能力，還具備還原Fe(Ⅲ)的能力。此外，硫酸鹽的添加還抑制了典型脫氯菌Dehalobacterium、鐵還原菌Pelobacteraceae、脫氯功能性微生物Sedimentibacter和Pseudomonas的生長(zhǎng)，促進(jìn)了硫酸鹽還原菌Desulfosporosinus和Desulfovibrio、脫氯功能性微生物Clostridium、鐵還原菌GeosporobacterThermotalea的生長(zhǎng)。硫酸鹽的添加

11、對(duì)產(chǎn)甲烷菌的生長(zhǎng)沒有影響，只是延緩產(chǎn)甲烷的過程。
　　(3)通過外源添加輔酶M(CoM)或2-溴乙烷磺酸鈉(BES)分別研究了促進(jìn)產(chǎn)甲烷或抑制產(chǎn)甲烷條件下 PCP的還原脫氯行為。發(fā)現(xiàn)CoM的添加抑制了土壤中鐵還原菌的生長(zhǎng)，促進(jìn)了產(chǎn)甲烷菌的生長(zhǎng)，促進(jìn)了PCP的還原脫氯;產(chǎn)甲烷抑制劑BES的添加促送了鐵還原菌的生長(zhǎng)，完全抑制了產(chǎn)甲垸菌的生長(zhǎng)，抑制了PCP的還原脫氯。高通量測(cè)序結(jié)果揭示培養(yǎng)體系中主要的微生物為Pseudomonas、Se

12、dimentibacter、Desulfosporosinus、Desulfovibrio、Geosporobacter Thermotalea和Methanosaeta以及Pelobacteraceae綱（該分類以下水平的微生物未檢測(cè)到）。在本試驗(yàn)中，其關(guān)鍵的功能性脫氯微生物可能有:Sedimentibacter和Pseudomonas。CoM的添加促進(jìn)了Sedimentibacter的生長(zhǎng)、抑制了Pseudomonas的生長(zhǎng)，而BE