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1.内容提要 本书共分七章，分别是绪论、格拉斯河沉积物柱的微生物群落和多氯联苯、多氯联苯在哈德逊河和格拉斯河沉积物中的脱氯研究、硫酸根对哈德逊河和格拉斯河沉积物中多氯联苯脱氯的影响、三价铁对哈德逊河和格拉斯河沉积物中多氯联苯脱氯的影响、多氯联苯在中国太湖沉积物中的脱氯研究、结论与展望。本书可供市政工程、环境工程、环境科学以及相关专业的研究人员参考使用。 2.序 作为社会经济发展的支柱性产业，土木工程是我国提升人居环境、改善交通条件、发展公共事业、扩大生产规模、促进商业发展、提升城市竞争力、开发和改造自然的基础性行业。随着社会的发展和科技的进步，基础设施的规模、功能、造型和相应的建筑技术越来越大型化、复杂化和多样化，对土木工程结构设计理论与建造技术提出了新的挑战。尤其经过三十多年的改革开放和创新发展，在土木工程基础理论、设计方法、建造技术及工程应用方面，均取得了卓越成就，特别是进入21世纪以来，在高层、大跨、超长、重载等建筑结构方面成绩尤其惊人，国家体育场馆、人民日报社新楼以及京沪高铁、东海大桥、珠港澳桥隧工程等高难度项目的建设更把技术革新推到了科研工作的前沿。未来，土木工程领域中仍将有许多课题和难题出现，需要我们探讨和攻克。 另一方面，环境问题特别是气候变异的影响将越来越受到重视，全球性的人口增长以及城镇化建设要求广泛采用可持续发展理念来实现节能减排。在可持续发展的国际大背景下，“高能耗”“短寿命”的行业性弊病成为国内土木界面临的最严峻的问题，土木工程行业的技术进步已成为建设资源节约型、环境友好型社会的迫切需求。以利用预应力技术来实现节能减排为例，预应力的实现是以使用高强高性能材料为基础的，其中，高强预应力钢筋的强度是建筑用普通钢筋的3~4倍以上，而单位能耗只是略有增加；高性能混凝土比普通混凝土的强度高1倍以上甚至更多，而单位能耗相差不大；使用预应力技术，则可以节省混凝土和钢材20％~30％，随着高强钢筋、高强等级混凝土使用比例的增加，碳排放量将相应减少。 东南大学土木工程学科于1923年由时任国立东南大学首任工科主任的茅以升先生等人首倡成立。在茅以升、金宝桢、徐百川、梁治明、刘树勋、方福森、胡乾善、唐念慈、鲍恩湛、丁大钧、蒋永生等著名专家学者为代表的历代东大土木人的不懈努力下，土木工程系迅速壮大。如今，东南大学的土木工程学科以土木工程学院为主，交通学院、材料科学与工程学院以及能源与环境学院参与共同建设，目前拥有4位院士、6位国家千人计划特聘专家和4位国家青年千人计划入选者、7位长江学者和国家杰出青年基金获得者、2位国家级教学名师；科研成果获国家技术发明奖4项，国家科技进步奖20余项，在教育部学位与研究生教育发展中心主持的2012年全国学科评估排名中，土木工程位列全国第三。 近年来，东南大学土木工程学院特别注重青年教师的培养和发展，吸引了一批海外知名大学博士毕业青年才俊的加入，8人入选教育部新世纪优秀人才，8人在35岁前晋升教授或博导，有12位40岁以下年轻教师在近5年内留学海外1年以上。不远的将来，这些青年学者们将会成为我国土木工程行业的中坚力量。 时逢东南大学土木工程学科创建暨土木工程系（学院）成立90周年，东南大学土木工程学院组织出版《东南土木青年教师科研论丛》，将本学院青年教师在工程结构基本理论、新材料、新型结构体系、结构防灾减灾性能、工程管理等方面的最新研究成果及时整理出版。本丛书的出版，得益于东南大学出版社的大力支持，尤其是丁丁编辑的帮助，我们很感谢他们对出版年轻学者学术著作的热心扶持。最后，我们希望本丛书的出版对我国土木工程行业的发展与技术进步起到一定的推动作用，同时，希望丛书的编写者们继续努力，并挑起东大土木未来发展的重担。 东南大学土木工程学院领导让我为本丛书作序，我在《东南土木青年教师科研论丛》中写了上面这些话，算作序。 中国工程院院士： 吕志涛 2013.12.23 3.前言 多氯联苯（Polychlorinated Biphenyls，简称PCBs）作为典型的持久性有机污染物，其在环境中的转化归趋备受关注。其中，沉积物既被认为是多氯联苯主要的汇，也被认为是水体中多氯联苯重要的源。因而，多氯联苯污染沉积物的修复成为研究的热点和难点。在沉积物中多氯联苯可以通过微生物催化实现脱氯降解。微生物降解相对于化学、物理修复方法有价格低廉、环境负面影响少等优势。然而该降解方式受生物地球化学因素的影响机制尚不明晰。降解特征的时空差异性较大。本书首先从美国纽约州格拉斯河柱状沉积物中获得天然微生物降解多氯联苯的证据，再分别以美国、中国三种典型沉积物为研究对象，考察常见生物地球化学因素对多氯联苯脱氯降解的影响，通过跟踪监测探寻不同生物地球化学条件下多氯联苯降解速率、效果和路径等的变化规律和脱氯相关微生物的响应情况，综合评价多氯联苯微生物厌氧脱氯降解效果，为监测自然衰减法原位修复多氯联苯污染沉积物提供科学依据和技术支持。 本书介绍了沉积龄超过40年的格拉斯河柱状沉积物中多氯联苯和微生物的分布情况，发现多氯联苯微生物脱氯现象在沉积物柱中普遍存在，并且随沉积时间的增长多氯联苯的脱氯程度升高；同时首次找到了多氯联苯脱氯相关细菌在柱状沉积物中存在的证据。研究结果支持了多氯联苯的自然降解理论，有助于实现脱氯微生物对多氯联苯脱氯降解效果的预测。随后，本书着重介绍了碳源、竞争电子受体等对美国的哈德逊河、格拉斯河和中国的太湖沉积物中多氯联苯脱氯的影响，发现脱氯速率、程度和路径受沉积物生物地球化学性质控制，可以考虑通过适当改变沉积物的生物地球化学性质来实现多氯联苯的天然微生物降解的强化。 实现微生物原位修复一直是水污染治理所追求的目标之一。本书选择两个国家三种典型沉积物进行天然微生物降解多氯联苯的研究以获得数据支持。由于作者的学术见识有限，本书的许多观点论证尚不够严密，疏漏在所难免，敬请各位读者、同行批评指正。 本书是在作者博士论文的基础上补充完善而来的，该论文是在美国卡内基梅隆大学Jeanne VanBriesen教授和Kelvin Gregory 教授的指导下完成的，受到美国国防部（Department of Defense）环境策略与发展项目和美国铝业公司（ALCOA）的支持，博士论文曾获得卡内基梅隆大学土木与环境工程系2012年度最佳博士论文奖（Mao Yisheng Outstanding Dissertation Award），作者是自该奖项设立后第二位获奖的中国人。中国太湖部分的研究内容得到了国家自然科学基金（项目号：41301546）的支持，东南大学土木工程学院硕士研究生陈曦、周亚子、刘莎承担了野外和实验室实验及数据处理工作。傅大放教授、秦庆东副教授指导了该书的写作。在此，深表感激。 本书中参考了国内外众多知名专家学者的论文和著作，在此表示深深的谢意！但是难免仍会有遗漏的文献，在此向各位作者表示歉意。 许妍 2016年6月于东南大学 4.目录 序 前言 第1章绪论1 1.1多氯联苯概述1 1.2多氯联苯的迁移转化归趋和污染治理5 1.2.1多氯联苯的迁移转化和归趋5 1.2.2多氯联苯污染治理5 1.3多氯联苯的微生物降解6 1.3.1好氧氧化降解6 1.3.2厌氧还原降解7 1.4国内外研究进展8 1.4.1多氯联苯的脱氯路径、模式和历程8 1.4.2多氯联苯脱氯微生物10 1.4.3还原脱卤酶12 1.4.4脱氯的影响因素13 1.4.5多氯联苯跟踪对18 1.4.6研究的目的和意义19 1.4.7研究的主要内容20 第2章格拉斯河沉积物柱的微生物群落和多氯联苯21 2.1沉积物柱的采集22 2.2沉积物柱的理化性质22 2.3沉积物柱的微生物群落分析23 2.3.1DGGE分析24 2.3.2细菌克隆文库分析26 2.3.3qPCR分析28 2.4沉积物柱的多氯联苯分析31 2.4.1多氯联苯分布31 2.4.2多氯联苯的转化/脱氯32 2.5本章小结36 第3章多氯联苯在哈德逊河和格拉斯河沉积物中的脱氯研究37 3.1哈德逊河和格拉斯河沉积物理化性质40 3.2沉积物微环境中产甲烷情况42 3.3沉积物微环境中的多氯联苯44 3.3.1多氯联苯总量44 3.3.2CPB46 3.3.3多氯联苯跟踪对51 3.3.4脱氯路径55 3.4微生物群落定量分析58 3.5外加碳源的影响62 3.6本章小结63 第4章硫酸根对哈德逊河和格拉斯河沉积物中多氯联苯脱氯的影响65 4.1硫酸盐还原条件下的产甲烷情况66 4.2沉积物微环境中的负二价硫66 4.3添加SO2－4沉积物微环境中的多氯联苯67 4.3.1多氯联苯总量67 4.3.2CPB69 4.3.3多氯联苯跟踪对70 4.3.4多氯联苯的代谢路径71 4.4微生物群落定量分析74 4.5外加碳源对多氯联苯脱氯的刺激作用77 4.6本章小结80 第5章三价铁对哈德逊河和格拉斯河沉积物中多氯联苯脱氯的影响81 5.1铁还原条件下的产甲烷情况82 5.2微环境中三价铁的还原83 5.3沉积物微环境中的多氯联苯84 5.3.1多氯联苯总量84 5.3.2CPB85 5.3.3三价铁对母体多氯联苯的影响87 5.4微生物群落定量分析92 5.5外加碳源对多氯联苯脱氯的刺激作用94 5.6多氯联苯脱氯的解毒作用97 5.7本章小结99 第6章多氯联苯在中国太湖沉积物中的脱氯研究101 6.1太湖沉积物理化性质102 6.2太湖沉积物微环境中的产甲烷情况104 6.3微环境中三价铁和硫酸盐的还原105 6.4微环境中微生物反应吉布斯自由能分析106 6.5太湖沉积物微环境中的脱氯行为107 6.5.1多氯联苯脱氯的证据107 6.5.2CPB109 6.5.3多氯联苯的脱氯产物和脱氯路径110 6.5.4外加碳源对太湖沉积物多氯联苯脱氯的影响114 6.6太湖沉积物微环境中的TEQ变化117 6.7本章小结118 结论与展望119 参考文献122 |
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