生物法去除地下水中高氯酸鹽的研究進(jìn)展

汪亞楠 劉永德

摘要：指出了隨著工業(yè)化的進(jìn)行.世界上各地的飲用水都受到了高氯酸鹽的污染，我國(guó)的地下飲用水也面臨著高氯酸鹽大片污染的問題，這使得我國(guó)用水的安全面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)?？偨Y(jié)了采用生物法去除高氯酸鹽的優(yōu)點(diǎn)，探討了其進(jìn)一步的研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：生物法;地下水;高氯酸鹽：研究進(jìn)展

中圖分類號(hào)：X703

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-9944（2018）14-0088-02

1引言

高氯酸鹽污染主要來(lái)源于固體燃料的氧化劑、實(shí)驗(yàn)室化學(xué)試劑、電鍍液、橡膠制品以及染料涂料等工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)加工過(guò)程;具有較好的水溶性和化學(xué)穩(wěn)定性，且難以被士壤和礦物吸附。容易向地下水滲濾，造成地下水污染。高氯酸鹽對(duì)人體的危害表現(xiàn)為干擾甲狀腺的正常功能，影響碘的吸收，影響新陳代謝。

2高氯酸鹽污染現(xiàn)狀

加利福尼亞州EPA對(duì)飲用水中的ClO^-₄公共健康閥值限定為6 μg/L，對(duì)該州110處地下水調(diào)查顯示，33處地下水高氯酸鹽濃度超過(guò)18 μg/L，最高處濃度達(dá)到280 μg/L。2005年，美國(guó)自來(lái)水協(xié)會(huì)AWWA調(diào)查發(fā)現(xiàn)美國(guó)現(xiàn)有26個(gè)州的水體受到不同濃度的ClO^-₄污染，高氯酸鹽污染不容樂觀。

高氯酸鹽對(duì)人體具有致畸、致癌、致突變作用。我國(guó)對(duì)飲用水中高氯酸鹽的健康安全值還沒有明確的規(guī)定，這使得我國(guó)用水安全面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，因此，高氯酸鹽污染問題亟待解決。

3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

目前常用的高氯酸鹽去除技術(shù)主要有離子交換法、膜分離法、化學(xué)催化法和生物法。離子交換法和膜分離法只能將污染物從水中分離出來(lái)，不能從根本上去除。分離出的濃鹽溶液的排放也是一個(gè)問題。化學(xué)催化法一般使用貴金屬作為催化劑.造價(jià)高，反應(yīng)條件較為苛刻，不適用于大型水處理。生物法是利用微生物將高氯酸鹽的過(guò)程，添加電子供體，污染物作為電子受體，將污染物還原降解的過(guò)程，高氯酸鹽降解過(guò)程為：ClO^-₄→ClO^-₃→ClO^-₂→ClO^-。因此，目前生物法去除高氯酸鹽已成為研究的趨勢(shì)。生物法去除污染物分為異養(yǎng)法和自養(yǎng)法，異養(yǎng)法是：污染物作電子受體，添加有機(jī)電子供體，將污染物還原降級(jí)的過(guò)程;自養(yǎng)法是添加無(wú)機(jī)電子供體，如：Fe、S⁰、H²等還原性物質(zhì)作為電子供體，將作為電子受體的污染物還原去除。

Jianlin Xu等采用乙酸鹽作為電子供體，利用純種細(xì)菌對(duì)ClO^-₄，和NO^-₃進(jìn)行還原。結(jié)果表明：在足量乙酸鹽存在的條件下，與單獨(dú)還原ClO^-₄相比，微生物同時(shí)還原ClO^-₄和NO^-₃具有更高的去除率。

Cristina T.Matos等采用乙醇做電子供體，利用活性污泥馴化的混合菌群對(duì)ClO^-₄和NO^-₃均可有效的去除。乙醇足量時(shí)，4h可將100 fig/IJ C，10-和60mg/LNO^-₃的去除率均達(dá)到80%以上;乙醇不足量時(shí)，ClO^-₄和NO^-₃的去除率明顯下降。

萬(wàn)東錦[胡采用硫磺顆粒與無(wú)煙煤混合填充床反應(yīng)器去除地下水中的NO^-₃，HRT=2 h，初始濃度為20mg/L NO^-₃-N，去除率大于90%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明SO^2-₄/NO^-₃符合化學(xué)計(jì)量比。即硫磺沒有發(fā)生歧化反應(yīng)。

2015年，高孟春研究了填充單質(zhì)硫顆粒反應(yīng)器去除ClO^-₄和NO^-₃，ClO^-₄初始濃度為100 μ/L，NO^-₃-N濃度為20 mg/L，HRT從16 h逐漸調(diào)整至0.5 h，去除率大于99%。研究顯示，隨水力停留時(shí)間縮短，ClO^-₄去除率趨于穩(wěn)定的時(shí)問增加。NO^-₃去除率影響不大。

4生物法去除高氯酸鹽的優(yōu)點(diǎn)

生物法降解高氯酸鹽是指在生物酶的催化作用下降低微生物還原ClO^-₄反應(yīng)所需的活化能，利用高氯酸鹽為電子受體，以有機(jī)物或氫氣、硫等還原性物質(zhì)作為電子供體，在缺氧或厭氧的條件下通過(guò)一系列的代謝過(guò)程將其轉(zhuǎn)化為Cl^-：ClO^-₄→ClO^-₃→ClO^-₂→H₂O+ ClO^-。高氯酸鹽降解過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)中間產(chǎn)物的積累，其中ClO^-₄降解成ClO^-₃為高氯酸鹽降解過(guò)程的限速步驟，并且ClO^-₄/O^-化學(xué)計(jì)量比為1：1。自然界中普遍存在高氯酸鹽還原菌，在合適的厭氧環(huán)境的條件下，添加足夠的有機(jī)物或其他可為微生物利用的物質(zhì)如（硫磺、氫、零價(jià)鐵等），微生物還原高氯酸鹽過(guò)程就可以發(fā)生。

與其他物理化學(xué)方法相比，生物法處理高氯酸鹽具有兩個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)：一是實(shí)現(xiàn)了高氯酸根的轉(zhuǎn)化;二是成本相對(duì)較低并且操作靈活對(duì)原水水質(zhì)的適應(yīng)性較強(qiáng)，適合大規(guī)模給水處理。