硫自养还原污染水体中高氯酸盐的生物降解机理及优化控制研究

近期大量水体监测发现存在着高氯酸盐，被其污染水体的摄入易引起甲状腺生理功能紊乱，各种降解技术的开展得到关注。针对传统的异养降解高氯酸盐存在着有机物后续污染、污泥量大、水消毒副产物增加等问题，提出培养硫自养菌生物还原高氯酸盐。项目通过驯化污泥，培养硫自养还原菌，采用离子色谱、紫外分光光度计、PCR、DGGE、分子克隆测序、FISH等先进监测分析方法及现代分子生物技术，进行间歇式模拟试验和固定床反应器连续流试验，揭示硫自养还原高氯酸盐生化反应的动力学降解机理和复杂影响因素下的降解规律，获得复杂环境条件下该生化反应的关键性影响因素最佳阈值，提出不同影响条件下该生化反应的降解优化调控策略，确定连续流处理工艺的最佳设计和运行参数，探明连续流处理系统中功能菌结构、空间分布、形态的动态变化与高氯酸盐降解的关系，建立揭示反应器处理规律性的数学模型，为高氯酸盐硫自养还原技术的发展提供理论依据和技术支撑。

高氯酸盐作为水体中的一种微量污染物，被人体摄入易引起甲状腺生理功能紊乱，对其进行污染控制净化是非常有必要的。本项目通过培养驯化以硫为电子供体的自养菌，考察硫自养菌降解高氯酸盐的效果。利用序批式试验，研究高氯酸盐浓度、硫量、初始pH、温度、泥量和溶解氧等因素对ClO4-降解效果的影响，确定最佳优化控制条件。结果表明，在30℃、初始pH为7.0的厌氧条件下，添加270mg/L硫粉，0.48g/L厌氧培养的活性污泥能在15h内将15mg/L ClO4-完全降解。将培养驯化好的污泥转入动态连续流反应器进行了连续流自养降解高氯酸盐，通过连续流试验，获得较好的去除效果，说明连续流自养降解高氯酸盐的可行性，且对不同水力负荷、停留时间有一定的自身调节能力。经过180天的驯化和挂膜后，反应器对ClO4-的去除率达到94.4%,反应器内的水体pH一直保持在7.3左右。最后对反应体系中污泥微生物的组成进行分析研究，探讨微生物的组成及对降解高氯酸盐的有效菌体进行分析, 结果表明，功能优势菌脱氯菌种大概占10.0%，这一类菌决定了高氯酸盐降解的效果。此外，以丙酮酸钠为有机碳源异养还原水体中高氯酸盐的相关试验也进行了探讨。考察异养还原水体中高氯酸盐的影响因素，对高氯酸盐初始浓度、初始pH值、温度、不同共存离子等的影响进行了分析，探讨生物降解机理，确定最佳优化控制条件，并通过分析反应体系中微生物的组成，印证降解还原高氯酸盐的有效性。