硫自养与电化学耦合工艺还原高氯酸盐的研究汇总.pdf

硫自养与电化学氢耦合工艺还原高氯酸盐的研究 硫自养与电化学耦合工艺还原高氯酸盐的研究 摘 要 高氯酸盐是一种高度扩散性的持久性有毒污染物，广泛应用于火箭燃料推进 剂、导弹、炸药、烟花生产以及皮革制造等领域。高氯酸盐排入水体后，能持续 迁移造成大范围的地表水和地下水污染；人体摄入高氯酸盐后，能干扰甲状腺素 的合成和分泌，影响人体正常的新陈代谢，严重危害人体健康。 本文系统分析了近年来国内外去除饮用水中高氯酸盐的各种方法，考察了以 厌氧污泥为接种污泥，分别以硫颗粒、氢气作为电子供体培养驯化硫自养、氢自 养高氯酸盐还原菌的过程。结果表明，硫自养高氯酸盐还原菌经89d 驯化，完全 处理300mg/L 的高氯酸盐需4d 时间；氢自养高氯酸盐还原菌经42d 培养驯化， 初始ClO4-浓度300mg/L 时，3d 后高氯酸盐去除率可达99% 以上；且均未发现中 - - - - 间产物ClO3 、ClO2 积累，认为ClO4 被完全还原为Cl 。采用PCR-DGGE 以及克 隆技术对接种厌氧污泥、氢自养驯化末期污泥以及硫自养驯化末期污泥进行微生 物群落结构分析和对比，发现微生物群落结构发生演替变化，伴随菌落的消失以 及新菌种出现并逐渐成为优势菌种的过程。 根据硫自养和电化学产氢自养还原高氯酸盐的工艺原理和作用过程，提出、 设计并研究了硫自养与电化学耦合工艺。该反应器由硫段和电化学氢段组成。硫 段填充硫单质颗粒进行硫自养高氯酸盐还原，电化学氢段利用阴极产生的氢气进 行氢自养高氯酸盐还原，使硫自养与电化学产氢自养高氯酸盐还原相互补充和协 同，进一步提高了高氯酸盐的去除效率和反应器的处理能力。 本文研究了电流强度、水力停留时间 （HRT ）对硫自养与电化学耦合工艺去 除高氯酸盐的影响。结果表明，当进水高氯酸盐含量为 200μg/L，HRT 为 8h， 相应施加电流为10mA 时，反应器出水中ClO4-去除率可达99% 以上，无ClO3- 、 ClO2-积累，且此阶段电化学氢段的处理效果达到最好，ClO4-去除率在42%~52% 范围内；当进水的ClO4-浓度提高至600μg/L，在HRT 8h、电流20mA 条件下， 反应器出水中ClO4-浓度低至 1μg/L 以下。HRT 变化对硫自养与氢自养耦合工艺 去除高氯酸盐效果的研究结果表明，HRT 降低，出水ClO4-浓度增大，当微生物 逐渐适应后，ClO4-去除率逐渐增加并趋于稳定。当进水的ClO4-浓度为100μg/L， 施加8mA 电流，HRT 4h 时反应器的去除效率高达99% 以上，出水ClO4-浓度在 III 硫自养与电化学氢耦合工艺还原高氯酸盐的研究 1μg/L 以下，其中硫段的去除效率为80%左右；当HRT 降低至1h，在上述条件 下无法达到较好的去除效果，提高电流至 20mA，硫段和氢段的出水中 ClO4-浓 度均降低，反应器总去除率达到99% 以上。反应器出水中无ClO3- 、ClO2-积累， - - 2- 认为ClO4 被完全还原为Cl ；出水中SO4 浓度可以由反应器HRT 调节控制，HRT 减小，出水SO42-浓度降低。在整个试验阶段，反应器出水pH 最终维持在7.6 左 右，满足高氯酸盐还原菌所需的pH 条件；硫段与电化学氢段内 ORP 随电流增 加、HRT 减小均有降低趋势，保证了反应器的厌氧环境，有利于高氯酸盐的还 原过程。 研究结果表明，硫自养与电化学耦合工艺可实现硫自养、电化学氢自养高氯 酸盐还原过程的协同，通过调节电流和HRT 变化可中和反应器出水pH ，降低出 水 SO42-浓度，显著提高了饮用水中高氯酸盐的去除效率，具有重要的研究应用 前景。 关键词： 硫自养；电化学氢；高氯酸盐；饮用水 IV 硫自养与电化学氢耦合工艺还原高氯酸盐的研究 Combined Electrochemical and Sulfur Autot