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氯酸盐是一类毒性强的氧化剂,被用作木浆漂白的中介物质,二氧化氯生产的原料,粮食的干燥剂,除草剂和土壤消毒剂,近年来,氯酸钾作为产期调控剂也在龙眼(DunocxarpousLonganna)反季节生产中大量应用。氯酸盐可以通过各种途径进入环境,对生态环境安全造成影响。然而,目前对氯酸盐在土壤和水体生态系统中环境行为的研究报道较少。
本文首先利用自制的活性厌氧污泥室内反应器系统,研究了氯酸根离子对活性厌氧污泥的生物毒性,分析了氯酸根与厌氧的甲烷化微生物的活性关系;其次采用振荡法研究了氯酸根在不同类型土壤中的吸附特性;并通过设计单因子和多因子正交试验,对氯酸根在土壤环境中的降解及其影响因子进行了研究;还利用池塘微宇宙来研究氯酸根在水生生态系统中的降解,研究氯酸根对水体中微生物数量、各项水质指标等的影响;最后,通过在土壤渗透柱中添加植物油和稻草等填料的方法,构建一个生物活性渗透障碍栏,分析了原地(Insitu)处理土壤中氯酸盐污染物的可行性。主要研究结果如下:
1、将驯化好的活性厌氧污泥、活性厌氧污泥培养液和5个浓度梯度的ClO3-溶液加入自制的室内活性厌氧污泥反应系统中,利用排水法测定CH4的产量,反应器中氯酸根的残留量采用五步碘量法和毛细管电泳方法测定。结果表明,各个反应器在稳定半天后,产甲烷量开始显著增加,但各添加组的产气总量和速率显著低于空白组,其中200mg/l和150mg/l浓度组的甲烷产气速率较低,3天后产气总量分别为255.5ml和362.5ml,反应器在运行约7天后,各处理组中的甲烷产气量降到最低点;7天后测定各反应器中氯酸根的残留量,150mg/l和200mg/l高浓度组中氯酸根的降解率分别为70.7%和74.2%,而20mg/l处理组中氯酸根降解率只为35.6%。说明活性厌氧污泥中存在降解氯酸盐的特异微生物。
2、在实验室条件下研究了氯酸钾在不同类型土壤中的降解和吸附特性,探讨了土壤有机质、微生物、阳离子交换量(CEC)、铁铝化合物对吸附的影响。结果表明,土壤对氯酸根有较弱的吸附能力;土壤中的微生物可以降解氯酸根;土壤中的有机质、CEC、铁铝化合物对吸附有显著的影响;土壤对ClO3-的吸附符合Laugmuir吸附等温线。
3、在实验室条件下,通过设计单因子实验和正交试验,研究了不同土壤及环境因子对氯酸根降解的影响。结果表明,土壤微生物活性和有机质含量是影响氯酸根降解的关键,在正交试验中,适宜氯酸根降解的最优组合为:温度25°C,土壤含水量28.6%,土壤类型是红壤土。
4、构建了模型水生生态系统(水生微宇宙),并以此研究氯酸钾在水生生态系统中的降解及其对水生生态系统的影响。结果表明,氯酸根在模拟水生生态系统中的降解速度较慢;氯酸钾进入水体后,水体水质指标明显变劣,到试验中后期,水质状况开始好转;试验初期的12天中,氯酸根对水体中可培养的细菌和放线菌有一定程度的抑制作用,但是对可培养的真菌无明显的影响;30mg/l氯酸钾处理组对水体藻类(普通小球藻和斜生栅藻)的生长有一定的促进作用,但是150mg/l氯酸钾处理组对藻类生长有一定的抑制作用。
5、通过向土壤渗透柱中添加植物油和稻草等填料的方法,构建一个生物活性渗透障碍栏(沙柱)。在添加花生油和稻草作为降解微生物培养基的处理组中,氯酸根降解最快,2个周后,降解完全;而在没有添加任何填料组中,氯酸根基本上没有降解。特异微生物降解菌净化环境中的氯酸盐污染是一条可靠途径。
总之,土壤和水体环境中的氯酸盐的迁移转化受到环境条件的影响,环境中氯酸盐降解是特异微生物作用下的生化过程,这类厌氧微生物活性是影响氯酸盐的迁移转化的主导因子,高浓度的氯酸盐对土壤和水生生态系统存在一定的风险性,随着氯酸盐的降解,这种风险性逐渐降低;另外,利用氯酸盐特异微生物降解菌群的生物活性渗透栏技术来原位净化受氯酸盐影响的水体或污水具良好的应用前景。