以零價(jià)鐵為電子供體微生物協(xié)同去除地下水中高氯酸鹽的研究.pdf

1、高氯酸根來(lái)源于高氯酸鹽的水解，其廣泛存在于環(huán)境中，既有天然形成的也有人為制造的。高氯酸根具有很強(qiáng)的溶解性和遷移性，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定可以在環(huán)境中存在很長(zhǎng)時(shí)間。高氯酸根對(duì)人類(lèi)健康的危害來(lái)自其對(duì)甲狀腺攝入碘功能的妨礙，碘攝入不夠引起甲狀腺功能不足，并進(jìn)而影響人體正常的生長(zhǎng)、發(fā)育和代謝。正是由于其對(duì)人體健康的潛在威脅，在水的預(yù)處理中高氯酸根受到了越來(lái)越多的關(guān)注。
　　 目前用于高氯酸根去除的技術(shù)有很多，比如離子交換樹(shù)脂吸附、微生物降解、植

2、物吸收等。其中利用自養(yǎng)微生物去除高氯酸根的技術(shù)被認(rèn)為是相對(duì)廉價(jià)高效的，并且在世界范圍內(nèi)得到了廣泛研究。在此生物降解過(guò)程中，高氯酸鹽降解微生物(PRMs)將高氯酸根作為最終的電子供體，將其逐步降解為氯酸根、亞氯酸根，以及無(wú)害的氯離子和氧氣。要自養(yǎng)微生物完成對(duì)高氯酸根的降解，需要為其提供電子供體，而氫氣在很多情況下都是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。例如與有機(jī)電子供體相比氫氣要更廉價(jià)，而且不會(huì)引起不必要的生物污染，但是氫氣易爆炸的特性限制了它的大規(guī)模應(yīng)用。

3、
　　 一個(gè)可替代的安全的為PRMs提供氫氣的方式是利用零價(jià)鐵(ZVI)在水中腐蝕產(chǎn)氫。已經(jīng)有許多研究證實(shí)PRMs（純種微生物或混合菌種）可以有效利用這種方式產(chǎn)生的氫氣。ZVI在水中的腐蝕不只產(chǎn)氫，還同時(shí)生成氫氧根和鐵的氫氧化物沉淀，這可能會(huì)使得ZVI聯(lián)合微生物去除高氯酸根的體系變得更為復(fù)雜。
　　 據(jù)報(bào)道諸如初始pH、電子供體的選擇、氧化還原電勢(shì)、競(jìng)爭(zhēng)性離子以及離子強(qiáng)度等都會(huì)對(duì)高氯酸根的微生物降解產(chǎn)生影響。但是幾乎沒(méi)有

4、人留意到鈣離子（一種廣泛存在于地下水中的二價(jià)離子）可能造成的影響。
　　 鈣離子的存在可能會(huì)對(duì)PRMs的代謝活性甚至微生物群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生直接或間接影響。另外鈣離子的存在還可能引起高氯酸根的物理化學(xué)去除。例如鈣離子可以吸附在鐵的氫氧化物表面，使這些沉淀帶上較強(qiáng)的正電荷，之后通過(guò)電位中和高氯酸根等陰離子可以被吸附去除。同時(shí)在較高的pH條件下，碳酸鈣產(chǎn)生，它可以通過(guò)成核作用與鐵的氫氧化物一起形成較大沉淀，有利于通過(guò)共沉降作用達(dá)到高氯酸根

5、的去除。
　　 因此本文除了要證明ZVI聯(lián)合自養(yǎng)的PRMs去除地下水中高氯酸根的可行性，還對(duì)相關(guān)影響因素，如ZVI投加量、初始pH等進(jìn)行了考察。而本文的重點(diǎn)在于弄清鈣離子在ZVI聯(lián)合PRMs去除高氯酸鹽體系中的復(fù)雜作用。通過(guò)對(duì)反應(yīng)前后體系中氯離子濃度的變化，我們?cè)囍鴮⒏呗人岣コ譃樯锝到夂臀锢砘瘜W(xué)去除并各自定量化。序批實(shí)驗(yàn)的結(jié)果顯示隨著鈣離子濃度的提高高氯酸根的去除發(fā)生提前且可更快達(dá)到全部去除。而鈣離子濃度為0時(shí)，高氯酸根的

6、去除率最終只達(dá)到40％并且全部只由生物降解產(chǎn)生。相反，當(dāng)鈣離子濃度分別為60、120和240 mg/L時(shí)，高氯酸根都得到了全部去除，而生物降解引起的高氯酸根的去除占總的高氯酸根去除的比例分別為61、69和83％。鈣離子可以通過(guò)與氫氧根結(jié)合生成沉淀而減緩溶液pH的升高，有利于延長(zhǎng)生物降解時(shí)間。ZVI與鈣離子同時(shí)存在時(shí)，主要由表面電位中和以及共沉降引起的物理化學(xué)去除才發(fā)生且早于生物降解的發(fā)生。鈣離子對(duì)高氯酸根去除的有利影響，也通過(guò)連續(xù)實(shí)驗(yàn)得