[发明专利]微生物异养和硫自养协同降解水中高氯酸盐的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种去除水中污染物高氯酸盐的方法，属于水处理技术的应用领域。本发明的技术原理是利用微生物异养和硫自养协同还原作用，将水中污染物高氯酸盐去除。本发明的反应装置分为异养和自养段，在异养段添加不足量的碳源，该段未去除掉的高氯酸盐可在硫自养段被微生物还原去除，异养段和自养段的负荷可灵活调配，可有效避免异养添加的碳源造成二次污染，同时灵活控制硫自养段副产物(如硫酸根)的产生。

技术背景

高氯酸盐被认为是一类普遍存在的水体污染物。高氯酸盐污染主要来源于固体燃料的氧化剂、实验室化学试剂、电镀液、橡胶制品以及染料涂料等工业产品的生产加工过程。因其具有较好的水溶性和化学稳定性，且难被土壤及矿物吸附，很容易向地下水层沥滤，造成水体污染。由于分析测试方法的限制，水体高氯酸盐污染及其控制在1997年以后才被各国研究者所重视并逐渐形成研究热潮。高氯酸盐对人体健康的危害主要表现在干扰甲状腺的正常功能，影响碘的吸收方面，造成对发育系统特别是对大脑发育的影响，导致新陈代谢失调，儿童生长发育方面的有关疾病。因此，美国环保局于1998年把ClO₄^-列入饮用水候补污染物清单。在2005年2月EPA发布的ClO₄^-毒理学评价草案中，规定其人体健康参考剂量(reference dose，RfD)为每天0.7μg/kg体重，即等同于饮用水中24.5μg/L。加利福尼亚州EPA对饮用水中的ClO4-公共健康含量阈值限定为6μg/L，对该州110处地下水调查显示，33处地下水高氯酸盐浓度超过18μg/L，最高浓度达到280μg/L。2005年美国自来水协会AWWA调查发现美国现有26个州的水体受到不同程度ClO4-的污染，高氯酸盐污染状况不容乐观。

用于去除ClO₄^-离子的方法主要包括离子交换法、膜分离法、化学催化法和生物法。其中，离子交换法和膜分离法仅仅是将其进行了转移或浓缩，并没有实现污染物的形态转化，同时，存在着树脂再生困难和浓盐水排放等问题。化学催化法多采用贵金属作为催化剂，成本较高，同时催化剂易失活，反应条件苛刻，不适于大规模应用。

生物法作为最具应用前景的方法，具有高效率、低成本等优点，且实现了污染物的形态转化，已成为研究热点。研究表明，许多单一型和混合型细菌能把ClO₄^-离子作为新陈代谢的电子受体(氧化剂)。要使高氯酸盐被充分的还原降解，常常需要投加充足的电子供体(还原剂)。根据所需电子供体的不同，ClO₄^-被生化还原主要分为异养和自养还原。对于异养还原ClO₄^-，常用的有机电子供体主要有：乙醇、乙酸(盐)、甲醇、乳酸等。对于异养还原ClO₄^-来说，有机电子供体的投加量是进行反应的关键。一般来讲，有机电子供体的投加量应该按照化学反应计量关系适量投加，但在实际操作中，往往存在一定的困难：如果电子供体投量不足，则污染物不能得到有效的去除；如果添加过多，有机质则残余在水中，形成二次污染。硫自养还原主要是指微生物利用无机碳(如碳酸盐)作为生化反应所需碳源，所需电子供体主要指单质硫磺。与异养还原降解相比，硫自养还原降解ClO₄^-的突出优点是避免了多余有机物在水体中残留造成二次污染，微生物增殖过快等问题，但该方法也存在一定的问题，如硫自养过程产生副产物SO₄^2-离子，出水pH值降低等。

发明内容

本发明基于以上技术背景，提供一种微生物异养和硫自养协同作用去除高氯酸盐的方法。本发明克服了异养和硫自养还原高氯酸盐现行技术存在的缺陷，使二者协同作用，严格控制异养段碳源的添加量，有效避免多余碳源造成二次污染，同时调配异养段和自养段负荷比例，控制副产物的产生。

本发明的技术原理是，将污染物降解过程分解为异养还原过程和硫自养还原过程，在异养还原过程中，控制有机碳源的添加量，使之低于化学计量比添加，该过程中，由于碳源添加量不足，导致高氯酸盐不能完全去除，残余的高氯酸盐在后续的硫自养还原过程中进一步得以还原降解。

为了实现如上技术原理，本发明采用如下技术方案：