（环境工程专业论文）邻二氯苯在人工湿地中的吸附与降解.pdf

l 学位论文版权使用授权书 f!l型ifliiiiillnliillilll,iliiiiiu 丫17 4 8 7 1 9 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规 定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学 位论文的全部内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于， 不保密。 学位敝储签名首乳 指导教师签名：桶托 叮文 年。6 月。铲 一年；月7 日 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中己注明引用的内容以外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成 果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明 确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位敝作者签研狂 日期：硼j 晖p 汨吖日 l 江苏大学硕士学位论文 摘要 以邻二氯苯作为代表性的氯苯类有机污染物，探索采用人工湿地法处理含有此类污 染物的工农业废水，研究了邻二氯苯在三种人工湿地土壤基质的吸附特性，为建构人工 湿地系统处理邻二氯苯废水提供基质吸附方面的理论依据；着重考察了在最佳水力停留 时间和污染物负荷下，人工湿地中试系统对邻二氯苯废水的处理效果，并分析了废水处 理过后邻二氯苯在湿地系统土壤和芦苇组织中的残留情况，为人工湿地技术处理此类废 水的安全性评估提供依据。 采用平衡振荡法研究了邻二氯苯在壤土、细沙和粗砂三种人工湿地基质中的吸附情 况，结果表明，邻二氯苯在1 2h 达到吸附平衡，可由l a g e r g r e n 一级吸附动力学模型得 出三种土壤的吸附速率常数分别为0 3 3 3 8h 1 ，0 2 6 7 9l a - 1 ，0 2 5 3 7h 1 ，壤土的吸附效果 明显好于细沙、粗砂。3 0 的吸附等温线既符合f r e u d l i c h 等温式又符合l a n g m u i r 等温 式，壤土对邻二氯苯的吸附量随着温度的升高呈现先减小然后增大最后又下降的趋势， 表明这一温度条件下的吸附实质上处于物理吸附向化学吸附过渡的状态。作为一种憎水 性极强的非离子型有机化合物，邻二氯苯在酸性或碱性条件下的吸附量显著增加，吸附 取决于分配作用。 综合对比分析四个人工湿地前期的运行情况，考虑到去除效率和经济因素，确定邻 二氯苯废水人工湿地处理的最佳水力停留时间为5d ，污染物表面负荷率1 5 0m g m 五d 1 ， 湿地w - l ，w - f ，w - c 和w - z 对邻二氯苯的去除率分别为8 1 2 、7 1 1 、7 2 4 和6 5 2 。 在最佳水力停留时间和污染物负荷条件下，四个人工湿地连续运行四个月，从夏秋两季 整个运行期来看，湿地在8 月中旬对邻二氯苯废水处理效果最好，进入1 0 月份后处理 性能有所下降，四个人工湿地对邻二氯苯废水处理效果顺序w - l w - c w - z w - f ，壤土 和粗沙作为人工湿地基质具有各自的优势，而采用细沙基质的w - f 系统到后期出现阻 塞，运行不畅。选取基质相同、有无芦苇种植的湿地w - l 和w - z 作对照，考察邻二氯 苯废水随湿地沿程和水位深度方向的浓度变化，并且在线分析溶解氧在湿地空间中的分 布状况，表明邻二氯苯在湿地中的降解过程与溶解氧有很大关系，芦苇的存在能够大大 改善湿地内溶解氧状况，提高污染物的去除效率，邻二氯苯的微生物降解以好氧过程为 主。 邻二氯苯在湿地各层土壤中的残留量沿水流方向递减，而同一沿程区域残留量则随 土壤层次深度的增加而增加，四个人工湿地系统土壤中的残留量由小到大的顺序为 江苏大学硕士学位论文 w - l w - c w - z ，芦苇的长势越好，对邻二 氯苯的吸收富集作用越强，吸收量也越多。 关键词：邻二氯苯，人工湿地，芦苇，吸附，土壤基质，降解 江苏大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nt h i sd i s s e r t a t i o n , w ee x p l o r e dt h ec o n s t r u c t e dw e t l a n d su s e dt ot r e a ta g r i c u l t u r a lo r i n d u s t r i a lw a s t e w a t e rc o n t a i n i n g1 , 2 - d i c h l o r o b e n z e n ea sar e p r e s e n t a t i v eo fc h l o r o b e n z e n e s o r g a n i cp o l l u t a n t s f i r s t l y , t h ea d s o r p t i o np r o p e r t i e so f1 , 2 一d i c h l o r o b e n z e n ei n t h r e es o i l s u b s t r a t e sf r o mc o n s t r u c t e dw e t l a n d sw e r es t u d i e d ，w h i c hp r o v i d e dt h e o r e t i c a lb a s i sf o rt h e a d s o r p t i o no fs o i lm a t r i xi nt h ec o n s t r u c t i o no fa r t i f i c i a lw e t l a n dt r e a t i n g1 , 2 一d i c h l o r o b e n z e n e w a s t e w a t e r t h er e s e a r c hw a sf o c u s e do nw a s t e w a t e rt r e a t m e n te f f e c to ff o u rp i l o tc o n s t r u c t e d w e t l a n d su n d e rt h eo p t i m a lh y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m ea n dp o l l u t a n t sl o a d i n g ，d i s c u s s i n gt h e f e a s i b i l i t yo fc o n s t r u c t e dw e t l a n dt e c h n o l o g yt r e a t i n gw a s t e w a t e r t h e1 , 2 一d i c h l o r o b e n z e n e r e m a i n e di nt h ew e t l a n d ss o i la n do fr e e d st i s s u ew e r ed e t e c t e d , e n s u r i n gt h es e c u r i t yo f c o n s t r u c t e dw e t l a n dt e c h n o l o g y t h ea d s o r p t i o nc h a r a c t e r i s t i c so f1 , 2 - d i c h l o r o b e n z e n ei nt h r e es o i ls u b s t r a t e sf r o mp i l o t c o n s t r u c t e dw e t l a n d sw e r es t u d i e dw i t ht h eh a l a n c e do s c i l l a t i o n 1 1 1 er e s u l t ss h o w e dt h a t o - d c ba c h i e v e da d s o r p t i o ne q u i l i b r i u mi n12h o u r s ，e d u c i n gt h ef i r s t - o r d e ra d s o r p t i o nr a t e c o n s t a n t so ft h r e es o i l sb yl a g e r g r e ne q u a t i o nt h a ta r e0 3 3 3 8h 1 ，0 2 6 7 9h - 1a n d0 2 5 3 7h 1 ， r e s p e c t i v e l y , w h i c hi n d i c a t e dt h ea d s o r p t i o nc a p a c i t yo fl o a mi sh i g h e rt h a nt h a to ff i n es a n d o rc o a r s es a n d t h ea d s o r p t i o ni s o t h e r m a ll i n eo n3 0 cc o u l db ed e s c r i b e db yf r e u d l i c ho r l a n g m u i re q u a t i o n , w h i c h w a sa c t u a l l yat r a n s i t i o ns t a t ef r o mp h y s i s o r p t i o nt oc h e m i s o r p t i o n , s i m u l t a n e o u s l yc o n s i d e r e dt h ea d s o r p t i o na n a o u n to fo - d c bb yl o a mf i r s t l yd e c r e a s e dt h e n r a i s e da n dd e c l i n ef i n a l l yw i t ht h ei n c r e a s eo ft e m p e r a t u r e b e i n go n eo fn o n i o n i co r g a n i c c o m p o u n d sw i t hs t r o n gh y d r o p h o b i c i t y ，o - d c ba d s o r b e di ns o i l si n t e n s i f i e da ta c i d i co r a l k a l i n ec o n d i t i o n s ，i n d i c a t i n gt h ep a r t i t i o n i n ge f f e c tp l a y e dak e yr o l e c o n s i d e r i n gt h er e m o v a la n de c o n o m i ce f f i c i e n c yo f12 - d i c h l o r o b e n z e n ew a s t e w a t e r , t h e o p t i m a lh r tw a sd e t e r m i n e da t5da n da l rw a ss u g g e s t e do n15 0m g - m 之d - 1 ，w h e nt h e o - d c br e m o v a le f f i c i e n c i e so fw l ，w 玉w - ca n dw - zw e t e81 2 ，71 1 ，7 2 4 a n d 6 5 2 r e s p e c t i v e l y t h ef o u rc o n s t r u c t e dw e t l a n d sc a r r i e do u tf o rf o u rm o n t h sf r o mj u l yt o o c t o b e r , 2 0 0 9 t h ep e r f o r m a n c eo fs y s t e m sd u r i n go p e r a t i o nt i m ew a su p m o s ti nm i d - a u g u s t a n dd e c l i n ei nt h ee v e n i n go fo c t o b e r , i no r d e ro fw - l w - c w - z w - ea st h es u b s t r a t eo f c o n s t r u c t e dw e t l a n d s ，l o a ma n dc o a r s es a n ds h o w e dr e s p e c t i v ea d v a n t a g e ，w h i l ew - fs y s t e m m 江苏大学硕士学位论文 u s m go ff i n es a n db l o c k e du pi nt h ee n da n dr a ns l u g g i s h l y i no r d e rt oi n v e s t i g a t et h e p o l l u t a n tr e m o v a la n dt h ei n f l u e n c eo fp l a n t si nt h ep i l o t - s c a l ec w s ，t h ec o n c e n t r a t i o no f o - d c ba n dd ow e r em e a s u r e da tv a r i o u sd i s t a n c e sf r o mt h ei n f l o wa n dd e p t h so ft h ew - l a n dw - zc o n s t r u c t e dw e t l a n d s ，w h i c hr e v e a l e dt h a to x y g e nc o n c e n t r a t i o np l a y e da ni m p o r t a n t r o l ef o r1 , 2 一d i c h l o r o b e n z e n er e m o v a la n dt h e p r e s e n c eo fr e e d sg r e a t l yi m p r o v e dt h e d i s s o l v e do x y g e nc o n d i t i o n sf o rr e m o v i n gp o l l u t a n t si n t h ed o m i n a t e da e r o b i cb i o d e g r a d a t i o n p r o c e s s t h eq u a n t i t yo f12 - d i c h l o r o b e n z e n er e m a i n e di nw e t l a n ds o i ld e c r e a s e da l o n gt h ef l o w d i r e c t i o na n di n c r e a s e d 、航t l lt h ed e p t ho fs o i ll a y e r s t h er e s i d u e si ns o i l so ff o u rc o n s t r u c t e d w e t l a n d sw e r ei no r d e ro fw - l w - c w - z ，w h i c hr e v e a l e dt h a tt h eb e t t e rg r o w i n go fr e e d s ， t h em o r eo d c ba b s o r b e da n de n r i c h e di n t h ep l a n t s k e y w o r d s ：1 , 2 一d i c h l o r o b e n z e n e ，c o n s t r u c t e dw e t l a n d s ，p h r a g m i t e sa u s t r a l i s ，a d s o r p t i o n , s o i l s u b s t r a t e ，d e g r a d a t i o n i v 江苏大学硕士学位论文 目录 第一章文献综述1 1 1 课题背景1 1 2 氯苯类有机污染物1 1 2 1 氯苯类化合物1 1 2 2 邻二氯苯2 1 3 氯苯类废水处理技术3 1 3 1 物理吸附法3 1 3 2 高级氧化法4 1 3 3 生物法4 1 4 人工湿地水处理技术6 1 4 1 人工湿地的概念6 1 4 2 人工湿地的组成6 1 4 3 人工湿地的分类8 1 4 4 人工湿地国内外研究进展1 0 1 5 本课题的研究工作1 1 1 5 1 研究目的和意义1 1 1 5 2 课题研究内容1 1 第二章邻二氯苯在三种人工湿地土壤基质中的吸附1 2 2 1 引言1 2 2 2 材料与方法1 2 2 2 1 仪器与试剂1 2 2 2 2 供试土壤样品1 2 2 2 3 实验方法1 3 2 2 4 吸附动力学实验1 3 2 2 5 等温吸附实验一1 3 2 2 6 温度对吸附作用的影响。1 3 2 2 7p h 对吸附作用的影响1 4 2 2 8 气相色谱检测方法1 4 2 3 结果与讨论1 4 2 3 1 邻二氯苯在基质中的吸附动力学1 4 2 3 2 邻二氯苯在基质中的等温吸附1 6 2 3 3 温度对邻二氯苯吸附作用的影响1 8 2 3 4p h 对邻二氯苯吸附作用的影响1 9 2 4 本章小结2 1 v 江苏大学硕士学位论文 第三章水平潜流型人工湿地处理邻二氯苯废水2 2 3 1 引言2 2 3 2 材料与方法2 2 3 2 1 仪器与试剂2 2 3 2 2 人工湿地处理系统的构建2 2 3 2 3 实验方法一2 3 3 2 4 废水的配制、采样及测定2 4 2 2 5 土壤机械组成的测定2 5 3 2 6 水力停留时间实验2 s 3 2 7 污染物负荷实验2 6 3 3 结果与讨论2 7 3 3 1 水力停留时间对处理效果的影响2 7 3 3 2 污染物负荷对处理效果的影响2 8 3 3 3 人工湿地在夏秋季节的运行状况3 0 3 3 4 邻二氯苯和溶解氧浓度沿程变化3 2 3 4 本章小结3 4 第四章邻二氯苯在人工湿地系统中的残留分布3 6 4 1 弓i 言3 6 4 2 材料与方法3 6 4 2 1 仪器与试剂。3 6 4 2 2 实验方法。3 7 4 2 3 样品采集及处理3 7 4 2 4 土壤样品的萃取。3 7 4 2 5 植物样品的萃取3 8 4 3 结果与讨论3 8 4 3 1 邻二氯苯在土壤中的残留分布3 8 4 3 2 邻二氯在植物组织中的残留分布4 0 4 4 本章小结4 1 第五章结论与展望4 2 5 1 全文结论4 2 5 2 研究展望4 3 参考文献4 4 发表的研究论文5 1 致谢s 2 江苏大学硕士学位论文 1 1 课题背景 第一章文献综述 近年来，随着我国工业化和城市化的发展，人民生活水平逐渐提高，但工业废水和 生活污水量也与日俱增，大量未经处理的污水排入各类水体，造成水环境极度恶化，实 际可利用水资源愈加匮乏。其中，许多工业废水、农田径流中常含有各种持久性有机氯 污染物如氯苯类化合物，因其具有较强的毒性、生物累积性和难降解性，即使在浓度很 低的情况下，对生态环境和人体健康造成严重的甚至是不可逆的影响【1 1 。 传统的污水处理方法如活性污泥法对持久性有机氯污染物难以去除，而一些通常采 用的化学、物理处理方法也由于高成本、难操作等条件使其在实际处理工程中受到限制。 人工湿地污水处理技术是2 0 世纪7 0 年代末发展起来的一种污水处理新技术，它基于自然 生态原理，以节能、污水资源化为指导思想，使污水处理达到工程化、实用化和美观化 的目的，其低廉的建设和运营成本，良好的处理效果，易于维护的特点，显著的经济和 社会效益使之在国内外受到越来越广泛的重视。但目前国内对人工湿地的研究主要集中 在对污水的三级处理如n 、p 的去除上【2 j ，而评价其对持久性有机污染物去除效果的相关 研究较少。因此，扩展人工湿地的应用范围，开展其对含有持久性有机氯污染物废水的 研究具有重要意义。 1 2 氯苯类有机污染物 1 2 1 氯苯类化合物 氯苯类化合物( c h l o r o b e n z e n e s ，c b s ) 是指苯环上只有氢、氯原子的一类单环芳香族 化合物，通式为c 6 h n c k ( n 卸一5 ) ，共有1 2 种不同取代方式的同系物，主要包括氯苯、 二氯苯、三氯苯、四氯苯和六氯苯等，是化工、医药、制革、电子等行业广泛应用的化 工原料、有机合成中间体和有机溶剂【3 1 ，其广泛的应用使之成为水环境污染中的主要污 染物之一。 氯苯类化合物通常被认为是人工合成的、环境外来物，化学性质极为稳定，自然界 的微生物缺乏与之相适应的酶系统，而具有难生物降解的性能【4 】，因此在环境中滞留时 江苏大学硕士学位论文 间长，属于持久性有机污染物。c b s 在水中溶解度很小，其疏水性使之易在脂肪丰富的 组织中蓄积，从而具有生物累积性，且大多具有致癌、致畸、致突变【5 】即“三致 作用， 以高毒性、持久性和生物蓄积性引起了人们的高度重视，因此被许多国家列入环境优先 控制污染物之中。 在以氯苯类化合物作为原料的企业所排放的废水中，常可检测出高浓度氯苯类化合 物，而施在耕地、农作物上的氯苯类杀虫剂、除草剂农药经雨水冲刷，则会最后迁移进 入水体。目前饮用水大多仍采用液氯消毒，因此在自来水中含有相当数量的氯代烃，并 且在水的氯化处理过程中，水中某些有机物与氯作用也会形成氯苯类化合物【6 】。此外， c b s 还具有半挥发性的特点，在环境中能够在较大范围内实现迁移，在江河湖泊的水体、 底泥、空气、土壤及生物体内甚至人乳中均有发现【7 】，由于具有干扰人类及野生动物的 内分泌系统的作用，c b s 亦被称为环境内分泌干扰化学物质或环境雌激素【8 】，可对人类 健康和环境造成广泛的、持久性的潜在危害。 1 2 2 邻二氯苯 邻二氯苯又称1 ，2 二氯苯，英文名l ，2 d i c h l o r o b e n z c n e 或0 d i c h l o r o b e n z c n e ( o d c b ) ， 分子式c 6 h 4 c 1 2 ，结构如图1 1 所示，分子量1 4 7 0 0 ，相对密度1 3 0 2 2 ( 水) ，蒸气相对密度 5 0 5 ，熔点- 1 7 5 c ，沸点1 8 0 4 ，蒸气压1 4m m h g ( 2 5 c ) ，闪点6 7 。c ，自燃点6 4 7 7 8 ( 2 ， 辛醇水分配系数l o gk o w = 3 4 3 ，几乎不溶于水，易溶于醇、醚、苯及丙酮等，常态下是 一种无色易挥发流质液体，有芳香气味。 c i c i 图1 1 邻二氯苯结构图 。 f i g 1 1s t r u c t u r eg h a r to f o - d c b 从图1 1 可以看出，邻二氯苯是由两个氯原子取代苯环邻位两个氢原子而形成的，两 个氯原子与芳环直接相连，氯原子上未共用的p 电子对与苯环上的7 【电子云相互作用形成 p 兀共轭体系，电子云分布趋于平均化，使c c l 键偶极距减小，键长缩短，不易起亲核取 代反应。由于邻二氯苯中c c 1 不易离解，芳基碳正离子又极不稳定，使s n l 反应不能进 2 江苏大学硕士学位论文 行。亲核试剂从氯原子的背面进攻受到芳环的阻碍，也不能起s n 2 反应【9 l ，所以邻二氯 苯的化学性质极为稳定，不易降解。 邻二氯苯广泛用作有机物和有色金属氧化物的溶剂、防腐剂，也可作为农药杀虫剂、 消毒剂，其它还用于制造冷冻剂、脱脂剂、熏蒸剂，染料、医药等的中间体和热交换剂 等。与上述产品有关的企业，均有可能排放邻二氯苯，引发污染事故。邻二氯苯具有较 高的刺激性，可由呼吸、食入或经皮肤吸收进入人体，出现呼吸道刺激、头痛、头晕、 焦虑、麻醉等作用，以致意识不清，液体及高浓度蒸气对眼有刺激性，皮肤长期反复接 触可致损害，口服会引起胃肠道反应，长期摄入引起肝肾损害。该物质对环境如水体和 大气可造成污染，空气中最高容许浓度为5 0p p m ，被美国环保局( e p a ) 列为优先控制 污染物，也是中国环境优先监测污染物【1 0 1 。 1 3 氯苯类废水处理技术 以邻二氯苯为代表的氯苯类化合物污染面广，毒性较大，不易生物降解，在对人类 重要食物链中，特别是在水生生物中可发生生物蓄积，因此研究其合理、经济、安全的 处理方法显得尤为重要，国内外专家针对净化处理废水中的氯苯类化合物，从物理、化 学和生物学方面做了大量的研究工作。 1 3 1 物理吸附法 活性炭由于原料来源广泛，吸附容量大，是一种良好的水处理剂，对废水的色、臭、 味、农药、氯化物等其它大部分机物有良好的吸附去除效果。l u i zc a o l i v e i r a 等【】利 用活性炭的吸附特性和氧化铁( f e 3 0 4 ) 的磁性联合作用形成一种磁性吸附剂，可用它去 除水中氯苯等污染物，而_ k l u c i a n ac a s s i at o l e d o 等研究表明被氯苯饱和的活性炭可用 f e n t o n j i 剂再生。 近年来，碳纳米管( c n t s ) 的出现受到到越来越广泛的重视和研究，一些报道发 现其吸附性要优于活性炭，x i a n j i ap e n g 等【1 3 】采用c n t s 吸附废水中的邻二氯苯，吸附 时间只需4 0m i n ，p h 在3 1 0 变化范围内都有较好的吸附效果；在碳纳米管的内部可以 填充金属、氧化物( a 1 2 0 3 ) 等物质，s o l a n g eb f a g a n 掣1 4 j 应用量子化学分析探讨了金 属碳纳米管吸附邻二氯苯的基本原理，指出金属碳纳米管更适合于吸附去除废水中的邻 二氯苯。 3 江苏大学硕士学位论文 1 3 2 高级氧化法 高级氧化技术( a o p s ) 是运用氧化剂、催化剂、光照、电等在反应中产生活性极强的 自由基( 如o h ) ，再通过自由基与有机化合物间的加合、取代、电子转移、断键、开环 等作用使废水中难降解的大分子有机物氧化降解成为低毒或者无毒的小分子，甚至直接 降解成为c 0 2 和h 2 0 ，达到无害化的目的【1 5 】，主要包括光化学催化法、( 电) 催化氧化 法、超声化学氧化法、辐照法、超临界氧化法、f e n t o n h 式剂法等。 徐涛等【1 6 1 用u wh 2 0 2 光化学高级氧化法降解水中邻二氯苯，发现邻二氯苯在6m i l l 内降解去除9 9 以上，且弱酸性或中性环境较有利于降解反应的进行；吴西宁掣1 7 】研究 o d c b 在t i 0 2 v 2 0 5 w 0 3 等催化剂上氧化分解，在温度为3 0 0 c 和气体空速为7 0 0 0h - 1 的 反应条件下，o d c b 的分解率大于9 0 ；周明华等1 1 8 l 用氟树脂改性的1 3 p b 0 2 电极作为新 型阳极，对氯苯等生物难降解有机物进行了电催化，在0 2 5a 电流下，处理2h ，去除率 达7 5 1 0 0 ；w a n gj i a d e 等【1 9 1 应用非均相催化剂m n s n - s b y - a 1 2 0 3 研究电催化下 氯苯的降解中间产物和机理，发现在电流密度1 5m g c m 2 ，电解液浓度0 1 0m o l l 条件下， 可在9 0m i n 内几乎将初始p h 为1 0 ，浓度为5 0m g l 的氯苯废水1 0 0 完全降解。 王松林等【2 0 】调节电功率控制电流为1 a 的超声波装置降解初始p h 值为5 9 的垃圾 渗滤液，浓度为2 6 2m g l 的o d c b 在空化泡内发生高温热解反应，最终生成c 0 2 和 1 4 2 0 ，去除率达到8 7 ；王艳丽等【2 1 1 利用束流为1m a 、电子束能量为1 5m 6 v 的高能 电子束辐照处理邻，间，对二氯苯的模拟废水，三者降解率为5 0 时所需剂量分别为： 3 8k g y 、3 5 k g y 、4 6k g y ，在辐照剂量为2 1 0k g y 时，二氯苯的脱氯率达到8 0 以上， 辐照降解过程中氯离子的质量浓度增加，辐照后溶液呈强酸性，p h 在2 3 。 1 3 3 生物法 氯苯类化合物通常被认为是环境外来化合物，由于自然界中的微生物缺乏相应的降 解酶，所以难以被微生物利用，但经过人工长期的接触驯化，有些微生物通过基因簇相 互联结、杂交变种形成诱导酶，而逐步改变自身以适应环境，能够将氯苯类化合物降解 或部分转化，国内外许多学者已从土壤或水体中分离出这些微生物，并且验证了降解质 粒的存在 2 2 1 ，通过克隆基因的表达以及共代谢机制加强了降解能力。 在国外，b e h a i g l e r 分离出一种革兰氏阴性杆菌p s e u d o n o n a sj s1 0 0 可以利用1 ，2 二氯苯为唯一碳源和能源，也可以独立降解1 ，3 二氯苯和1 ，4 二氯苯四】；e l k es p i e s s 等 4 江苏大学硕士学位论文 人分离出的x a n t h o l a c t e rf l a v u s l 4 p l 以及j c s p a i n 和s f n i s h i n o 分离出的p s e u d o n o n a sj s 6 只能利用1 ，4 二氯苯作为唯一的碳源和能源【弘凋；t u r l o u g hf g u e 血【2 6 l 处理氯苯污染土 壤为本土微生物群落增加碳源，提高微生物的降解速度，在2 3 周内去除9 0 的邻二氯 苯；s e i g n e z c 等【2 7 1 人为人们提供了降解氯苯优势菌的培养方法，优势菌培养是在序批式 培养器中进行，氯苯等基质间歇投入，代谢中间产物是己二烯二酸；在分子生物学方面， 荷兰学者从降解o d c b ，p - d c b 和1 ，2 ，4 三氯苯的p p 5 1 菌中发现编码这些代谢功能的质 粒，从而将氯苯类化合物生物降解的研究推到分子生物学水平团】。 在国内，王玉芬等i 捌在厌氧光照条件下用光合细菌球形红细菌降解邻二氯苯，在最 佳条件p h = 7 0 ，温度为3 0 ( 2 ，接种量1 0 ，1 0 0m g lo d c b 在7 2 h 的去除率为9 3 3 ， 其降解中间产物主要有氯苯、4 羟基苯甲酸；戴青华等【3 0 1 从某污水处理曝气池的活性污 泥中分离出一株黄杆菌属f l a v o b a c t e r i u ms p ，能利用对二氯苯为唯一碳源和能源生长， 该菌株在最适降解条件温度3 2 。c ，p h 7 8 ，2 4h 时对1 0 0m g l 的p d c b i 约降解率达9 4 5 ； 自腐真菌p h a n e r o e h a e t ec h r y s o s p o r i u m 也可通过直接氧化或间接氧化，降解1 ，2 二氯苯和 1 ，4 二氯苯【3 l 】。 此外，植物修复( p h y t o r e m e d i a t i o n ) 可以利用绿色植物来转移、容纳或转化有机污染 物使其对环境无害，一些研究表明植物根系的存在也有利于强化二氯苯的降解【3 2 】，钱晓 荣和董毛毛【3 3 j 采用种植物的方法，对以对二氯苯( p d c b ) 为代表的氯苯类有机污染物污 染土壤的植物修复进行了研究，与空白对照相比，种植物大大提高了土壤中微生物的数 量和酶的活性，在p d c b 为l8 5 6 l ag k g 的污染土壤中种植9 0 d 黑麦草、紫花苜蓿和大蒜 后，p - d c b 分别降低8 2 4 4 、6 2 8 2 和5 9 5 9 。 现有的氯苯类废水处理技术虽然取得了一定进展，但大多处于实验室研究阶段，却 很难满足大规模工程化处理氯苯类废水的要求，活性炭和碳纳米管虽然吸附效果较好， 但价格十分昂贵，而高级氧化技术也有要求条件苛刻、投资高、反应器制造复杂等缺点， 仅适用于预处理或后处理，利用微生物降解c b s 是很有前景的环境清除技术，但是如何 将实验室中驯化出来的微生物应用于实际生物处理或生物修复而保持其降解的活性还 存在许多技术问题，目前还不能有效地用于工程实践中，如何降低处理成本，将各种物 理、化学和生物处理技术相结合，开发出经济、高效、无二次污染处理氯苯类废水的综 合工艺，是今后研究的主要方向。毫无疑问，人工湿地处理技术符合这一发展方向。 江苏大学硕士学位论文 1 4 人工湿地水处理技术 1 4 1 人工湿地的概念 人工湿地( c o n s t r u c t e dw e t l a n d s ，c w s ) ，是一种为了达到环保处理效果，模仿自然 湿地由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面，将污水、污泥有控制的投配到 经人工建造的湿地上，污水与污泥在沿一定方向流动的过程中，主要利用土壤或 人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水、污泥进行 处理的一种技术【3 4 】。 1 4 2 人工湿地的组成 在人工湿地系统中，基质、植物和微生物是其中重要的组成部分，对污水的 处理净化起着关键性的作用。 1 4 2 1 基质 基质是人工湿地处理污水的核心部分，是湿地内所有生物和非生物的储存库，基质 能够吸附废水中的一些污染物，为水生植物生长提供所需的营养，为微生物提供良好的 挂膜生长载体和为污水在其中的流动提供良好的水利条件。 不同基质的人工湿地其净化效果是不同的，基质粒径的大小是影响湿地系统水力传 导性的主要因素，直接关系到污染物在人工湿地中的停留时间和系统的空隙度d 5 1 。粒径 大的基质，空隙度大，所能容纳的污水量也大，污水能在湿地内部受到较长时间的吸附 与吸收，有利于污水净化。在人工湿地的设计中，基质的构建需从基质的种类、粒径和 厚度三方面加以考虑【3 6 1 。 基质一般采用极细的土壤或不同直径的卵石、砾石，王世和等人在南京锁金村 污水处理厂建造的五个潜流型人工湿地其处理区的填料是由表层土壤与三层砾石组成 的，刘春常等人报道深圳市宝安区的石岩河人工湿地填料从上到下依次是1 0c m 粒径4 8 衄的碎石、7 0c m 粒径0 _ 4m 1 1 1 的细砂、2 0 c m 枢2 径4 8 衄的碎石、2 0e m 粒径1 6 3 2r a i n 的 碎石和3 0c m 压实的黏土防渗层 3 7 1 。在国外，破碎的炉渣、轻质的膨胀黏土颗粒( 陶 粒) 、破碎的玻璃等都用以作为人工湿地的基质，而在国内一些通透性好、比表面 积大、具有吸附能力的多孔介质如沸石、粉煤灰、煤渣、草炭、石灰石等也被填 充到人工湿地系统中，不但可以大大提高污染物的去除效果，还充分利用了废弃 6 江苏大学硕士学位论文 物资源，找到种合适的人工湿地基质填料对于优化人工湿地污水处理技术有重 大的现实意义。 1 4 2 2 植物 植物是人工湿地中最重要的去污成分之一，首先，植物可以自身的生长与繁 殖，消耗大量有机污染物及无机物，其次通过光合作用为湿地基质填料中附着生 长的微生物提供氧气，释放促进生物化学反应的酶和影响酶的分布，还能够增强 和维持介质的水力传输以及美化景观的作用 湿地植物可以分为挺水植物、沉水植物和浮水植物，人工湿地植物的构建包括 植物的选择、栽培和收割管理三个方面【3 8 1 ，用于处理污水的人工湿地植物一般具有 耐污性能好，处理效果大，吸收能力强，成活率高；根系发达，茎叶茂密，输氧 能力强，生长快、生长周期长，抗冻，抗热，抗病虫能力强：易于维护管理等特点。 常见的人工湿地植物有：芦苇、凤眼莲、香蒲、营蒲、美人蕉等1 3 9 - - 4 0 1 ，人工湿地中常 选用挺水植物，这是因为挺水植物根系发达、生物量大、生长率高，在湿地系统中能起 到固定床体表面、提供良好过滤条件、防止淤泥堵塞等作用，其中芦苇( p h r a g m i t e s a u s t r a l i s ) 就是其中一种重要的挺水植物，用途广泛。 1 4 2 3 微生物 微生物在湿地养分的生物地球化学循环过程中往往起核心作用，它们是各类污水中 最先出现并对污染物起吸收与降解作用的生物群体1 4 1 1 ，而且还能捕获溶解的成分给它们 的动物或植物共生体利用。 水生植物将氧气输送到根系，在根系附近的土壤中生长着大量的好氧细菌，而离根 系稍远的土壤中则有许多种厌氧菌和兼性菌生存，这就使芦苇床成为一个好氧缺氧一 厌氧反应嚣 4 2 1 。人工湿地中众多的微生物种群和数量，为人工湿地污水处理系统提供了 足够的分解者，通过同化、异化、氨化、硝化和反硝化作等作用，能够降解去除许多种 有机污染物，包括一些难降解的持久性污染物， 人工湿地具有独特而复杂的净化机理