化学－生物耦合膜反应器的构建及其对水体中多氯联苯原位去除机理研究

多氯联苯（PCBs）作为水体中一种典型的持久性有机污染物，对其进行有效去除是当前研究的热点和难点。目前采用单一物理化学或生物方法很难达到完全去除的效果。本研究基于水环境污染学，化工传质、化学催化、微生物降解及膜渗透萃取理论，在明晰PCBs化学催化脱氯和微生物降解机理的基础上，采用硅橡胶复合膜对水体中的PCBs进行富集，将化学催化降解与微生物降解相耦合，实现PCBs的分步降解。通过构建化学－生物耦合膜反应器，研究膜富集、化学催化、微生物降解三个过程中的传质规律、PCBs降解及其影响因素，揭示PCBs在化学－生物耦合膜反应器中的去除过程机理，建立降解反应动力学模型，为实现水体中PCBs的原位去除提供科学依据。

本研究设计制备了高活性的Ni/Fe双金属纳米颗粒用于多氯联苯脱氯。接下来，以选定的微生物降解脱氯终产物联苯，达到污染物的彻底去除。采用羧甲基纤维素(CMC)作为单一稳定剂生成双金属纳米粒。详细表征证明以优化后的工艺可成功制备出微细的CMC-Ni-Fe纳米颗粒。新生成CMC-Ni-Fe去除3, 3’,4, 4’-四氯联苯(PCB77)的有效性得到了初步验证，并尝试以PVDF膜进行负载。. 与单一稳定剂相比，复合模板有望更有效的改进双金属纳米粒的效能。大分子和阴离子表面活性剂可于溶液体系中组成“软团簇”。这种“软团簇”可以充当模板物，引导具有优良活性的Ni/Fe纳米颗粒的生成。通过测定电导率可分析出乙醇-水系统中形成软团簇的适宜模板条件。各种针对于M-S-nano Ni/Fe的表征均反映出 M-S复合模板具备持久而稳定的功能性。M-S-nano Ni/Fe用于PCB77去除所表现出的高去除率 (99.3% in 72h) 和高效率(kobs of 0.0674 h-1)反映了其被进一步研究的潜力。经优化确定制备M-S-nano Ni/Fe的最佳制备工艺条件如下：S浓度0.028mol/L，反应时间为30min，Ni的负载量m(Ni)/m(Fe)=5%。所制备的Ni/Fe纳米双金属颗粒可作为反应器的填料。反应器设计为循环填充柱式，填料为石英砂和Ni/Fe纳米双金属颗粒的混合物，当PCB77溶液自下而上通过填充柱时，浓度逐渐降低。. 联苯的生物降解当然也是污染物完全去除过程中的重要一步。本研究制得了一种新型释氧材料，并将之与联苯降解菌共包埋。研究其对联苯降解的能力，对联苯的原位生物修复具有重要意义。. 磷脂是一种天然生物表面活性剂。它既可以作为微乳液的组成成分，又能够作为功能材料用于有机污染物的富集。所形成的微乳液系统可作为模板来制备一种新型复合材料，表示为lecithin-nano Ni/Fe。当微细Ni/Fe纳米颗粒生成后，磷脂载体可沉积出来，同时实现双金属成分的原位负载。表征显示微细Ni/Fe纳米颗粒可均匀分散并与磷脂载体紧密结合。试验开始阶段PCB77的快速去除显示出复合材料中磷脂和双金属的联合效能。