多环芳烃湿地生物处理规律研究探究跟污染风险分析解析资料精.pdf

水 利 学 报 2004 年1 月 SHUILI XUEBAO 第1 期 文章编号：0559-9350 (2004) 01-0122-07 多环芳烃湿地生物处理规律研究及污染风险分析 1 1 2 刘凌 ,陆桂华 ,毛小文 （1.河海大学 水资源开发教育部重点实验室，南京 210024; 2.江苏省 水文水资源局，南京 210029） 摘要：利用质量守衡理论、土壤屏蔽反应理论和Monod 生物降解动力学理论，作者建立了定量描述多环芳烃湿地生 物处理过程的数学模型。利用模型，本文定量预测了六环芳烃湿地生物降解的规律性及处理时间、处理终点。为考 虑多环芳烃湿地生物处理的复杂性，本文利用Monte-Carlo 法，进行了多环芳烃湿地生物处理污染风险分析，结果 表明：在采用湿地现有生物处理方式的情况下，经过 10 年处理，土壤中六环芳烃不低于 63.6％被降解的可能性为 95％，此时土壤中继续污染外部环境的六环芳烃不超过97.8％的可能性为95％；将土壤中六环芳烃处理到生物降解 终点所需时间不超过21.80 年的可能性为95％，终点时被土壤不可逆屏蔽的六环芳烃不超过30.3％的可能性为95 ％。 关键词：湿地；多环芳烃；生物处理；污染风险分析 中图分类号：X131 文献标识码：A 多环芳烃（简称PAHs）系指含有多个苯环的有机化合物，主要存在于石油和煤焦油中，能够通过废油、 含油废水、煤气站废水、柏油路面排水以及淋洗了空气中煤烟的雨水等途径进入土壤生态系统，造成污染。 由于多环芳烃有致毒、致癌或致突变作用［1］，对人类健康危害极大，因此各国都把多环芳烃列入必须优先 处理的重点污染物名单中。对于污染土壤中的多环芳烃，可采用湿地生物处理的方法，利用土壤固有微生 物把它降解为环境可以接受的物质 （最终产物CO2 等），这是一种对环境破坏性小、并且经济有效的处理方 法［2］。但是，多环芳烃是非常复杂的高分子有机污染物，其土壤吸附性强，湿地生物降解过程复杂，目前 利用人工湿地来降解污染土壤中多环芳烃还处于实验阶段，定量描述其湿地处理过程的理论研究还较缺 乏，在现有的报道中，Park et.Al ［3］研究了萘在土壤中的生物降解过程，提出了 “三相”解吸模型，即把 土壤中的萘分为三部分：平衡部分、非平衡部分和非解吸部分，以此提出萘降解过程的零阶质量守衡方程， 此模型实际是灰色模型，受实验条件影响较大；Mulder et.al ［4］研究了土壤中多环芳烃在3 种不同物理状 态下迁移转化和生物降解过程，提出了基于内部扩散机理的生物降解模型，以预测土壤中多环芳烃达到完 全生物降解所需要的时间，但是，模型没有考虑到多环芳烃降解到后期时，存在残余物不能被完全降解的 现象。另外，自然界的湿地生态系统极其复杂，而我们所建立的任何复杂或简单的数学模型都是对自然过 程的一种简化处理，都存在许多不确定因素，而对决策者来说，为工程应用的需要，有必要知道由于各种 不确定因素所造成的污染风险程度到底如何,本文研究的目的，就是在全面考虑多环芳烃在湿地生态系统 中所发生的吸附/解吸过程、扩散过程，土壤屏蔽过程和生物降解过程的基础上，定量研究多环芳烃湿地 生物处理的规律性，从风险分析的角度出发，全面探讨多环芳烃湿地生物处理的污染风险，以期为科学指 导湿地生物处理工程提供定量参考。由于目前出现在污染土壤中毒性最强的多环芳烃是五～六环芳烃，因 此本文拟以六环芳烃(6-环-PAHs)为研究对象。 收稿日期：2002-10-08 基金项目：国家自然科学基金资助项目；教育部优秀年轻教师基金资助项目 作者简介：刘凌(1964-)，女，安徽合肥人，博士，教授，主要研究方向为环境水文及环境化学。 122 水 利 学 报 2004 年1 月 SHUILI XUEBAO 第1 期 1