地下水中高分子量多环芳烃混合物的微生物降解动力学研究

选取典型高分子量多环芳烃(芘、荧蒽、苯并[b]荧蒽和苯并[a]芘)的混合污染物为研究对象，采用连续批次实验方法，研究地下水中高分子量多环芳烃混合污染物的生物降解动力学过程，阐明水化学条件、微生物以及多环芳烃混合污染物的组成等影响因子的作用机制，对降解过程中的生物化学反应进行概化，获取不同反应条件下高分量多环芳烃的降解动力学参数，分析其变化规律，重点揭示生物降解过程中多种反应基质共存时对其中单个组分降解动力学的影响机制，建立描述地下水环境中高分子量多环芳烃混合污染物降解动力学过程的数学模型，为地下水多环芳烃污染物运移模型中生物降解过程的模拟提供参数分析和参考。

以荧蒽为代表的高分子量多环芳烃（HMW PAHs）在我国地下水中普遍被检出，这类污染物具有明确或潜在的致癌、致畸和致突变性，对环境和人类健康造成威胁。采用微生物修复技术去除地下水中HMW PAHs是水文地质和环境等领域近年来的研究热点之一。弄清高分子量多环芳烃的生物降解动力学过程对准确预测其在含水层中的迁移和分布具有重要意义。本课题实验了5种不同来源和种属的细菌分别降解目标高分子量多环芳烃，发现单独降解菌株Herbaspirillum chlorophenolicum FA1和由Pseudomonas 属、Enterobacter属、Hydrogenophaga属和Luteolibacter pohnpeiensis属4个种属细菌组成的混合菌群Consortium-4具有较好降解效果。在此基础上通过连续批次实验方法，系统研究了地下水中高分子量多环芳烃混合污染物的生物降解动力学过程。结果表明，HMW PAHs的分子结构和初始浓度、水化学条件（温度、pH）、降解菌浓度和土著微生物均会对HMW PAHs的降解动力学造成影响，且随着降解微生物的改变，影响程度和机制也不尽相同。采用Monod方程对单独HMW PAH和混合HMW PAHs的降解动力学进行拟合取得良好效果，获得了不同反应条件下HMW PAHs的降解动力学参数。混合HMW PAHs降解反应体系中，菌群Consortium-4对单个多环芳烃的降解同时发生。二元基质或三元基质的混合体系中，HMW PAHs的反应动力学与单一基质条件下存在显著差异（除了苯并[b]荧蒽对荧蒽的降解无显著影响），说明了不同HMW PAHs间存在着竞争抑制或者协同促进效应。混合HMW PAHs的降解动力学过程取决于混合反应基质的组成及单个反应基质的性质。砂箱实验结果表明，将实验室获得的降解动力学参数用于野外实际中多环芳烃的生物降解可能会过高估计污染物的消失速率。本研究有助于提高对地下水中HMW PAHs生物降解动力学的认识，可为地下水中多环芳烃污染物运移模型中生物降解过程的模拟提供参数分析和依据。