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多环芳烃(Polycyclicaromatichydrocarbons,简称PAHs)在土壤中的迁移转化是影响其在整个环境中循环及最终归宿的重要因子。本文以菲、蒽和芘三种代表性PAHs污染物作为研究对象,利用土壤作为研究载体开展室内模拟试验,采用二元高效液相色谱(HPLC)为主要检测手段对多环芳烃(PAHs)在土壤中的迁移转化过程及机理展开了深入研究。总结了PAHs在土壤中的垂直分布和迁移特性以及PAHs污染在土壤中的微生物降解及其对土壤生态系统的影响。为预测污染物分布,揭示PAHs在土壤中的动态迁移规律,PAHs污染土壤的修复以及地下水潜在污染的环境风险评价方面提供了科学参考和理论支持。
以菲、蒽和芘为代表物质,研究了PAHs在两种土壤上的吸附行为。结果显示:菲、蒽和芘在两种土壤中的吸附均为线性吸附,符合分配的原理,吸附过程中作为吸附质的PAHs之间相互影响很小;土壤对菲、蒽和芘的吸附能力与土壤有机质含量成正相关关系,说明疏水性有机污染物在土壤中吸附的主要影响因素是土壤有机质含量。
对PAHs在土柱中的迁移转化过程的研究结果表明:三种PAHs菲、蒽和芘在土壤中垂直分布规律不同,90%以上的菲和芘集中在土柱进水端10cm以内,而蒽则相对均匀地分布在土柱中;菲、蒽和芘在土壤中都能被土著微生物降解,但是降解率存在差异,240d时三者的降解率分别为51.65%、37.82%和13.89%;土壤性质和土柱参数对PAHs的迁移转化影响较大;采用GC-MS对中间产物进行了检测,并根据检测到的降解产物对菲的降解途径作出了初步推断。
对硫酸盐还原条件下PAHs在土壤中的迁移过程研究表明:硫酸盐还原条件下,菲、蒽和芘都能在土著微生物的作用下降解,菲和蒽的降解率相差不大且随时间的延长逐渐增大,120d时降解率分别为47.41%和48.10%,四环的芘厌氧降解速率非常低,120d时降解率仅为3.61%;采用GC-MS对中间产物进行了检测,并根据检测到的产物对硫酸盐还原条件下菲的降解途径进行了推断,认为羧基化反应是菲厌氧降解的第一步反应。
PAHs污染对土壤微生物的影响研究结果表明:初期多环芳烃的毒性使得土壤中的微生物大量死亡,微生物数量显著降低,随时间延长,土柱内的微生物逐渐适应了多环芳烃的毒性,一些能够利用多环芳烃做为碳源的微生物开始繁殖,微生物数量又缓慢回升并达到相对平衡;硫酸盐还原条件下,PAHs为土壤微生物提供了充足的碳源,能够以PAHs为碳源的微生物大量繁殖,使得土壤微生物的数量增加,微生物量随PAHs浓度升高逐渐增加。
综上所述,PAHs进入土壤后,大部分被土壤表层土壤吸附,只有少量能够入渗进入地下水;吸附在土壤中或进入地下水系统的PAHs都能被土壤土著微生物降解,因此对于PAHs污染的土壤,可以采用原位生物修复的方法进行治理。本研究结论对于进一步了解PAHs的生物降解具有指导意义,也对PAHs污染的原位生物修复具有借鉴意义。