膜電解氫自養(yǎng)MBBR反應(yīng)器深度轉(zhuǎn)化水中高氯酸鹽

萬(wàn)東錦,牛振華,劉永德,肖書(shū)虎 (.河南工業(yè)大學(xué)化學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院,河南 鄭州 45000；.環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院,北京 000)

高氯酸鹽是一種常見(jiàn)的水體污染物[1].其主要作為強(qiáng)氧化劑及添加劑廣泛應(yīng)用于煙花爆竹、潤(rùn)滑油提煉等生產(chǎn)領(lǐng)域,進(jìn)入自然環(huán)境后可長(zhǎng)期穩(wěn)定存在,當(dāng)前各地飲用水中頻繁檢出高氯酸鹽.生物法還原去除水中高氯酸鹽是指在缺氧或厭氧的條件下,微生物利用電子供體將其還原為氯離子的方法.與其他物理化學(xué)法相比,生物法具有高效率、低成本,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高氯酸根形態(tài)的無(wú)害轉(zhuǎn)化等優(yōu)點(diǎn)[2-4].

自養(yǎng)還原高氯酸鹽通常以氫氣、硫、零價(jià)鐵等無(wú)機(jī)物為電子供體[5-6].其中,氫是理想的電子供體,反應(yīng)過(guò)程清潔,微生物增殖緩慢,無(wú)有害副產(chǎn)物產(chǎn)生,不存在二次污染.但氫氣存在著易燃易爆,不易運(yùn)輸,溶解度低等問(wèn)題.

膜電解反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)了氫氣的靈活供給及高效利用,逐漸受到研究者的重視,使用陽(yáng)離子交換膜將直流電解槽分割成陰極及陽(yáng)極區(qū)域,在陰極區(qū)域接種培養(yǎng)的高氯酸鹽還原菌利用陰極產(chǎn)生的氫氣將高氯酸鹽還原[7-10].研究表明,該反應(yīng)器在序批式實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ较?施加電流為 20～60mA 時(shí),反應(yīng)器的去除率達(dá)到95.03%～98.99%[11].在連續(xù)運(yùn)行條件下,施加電流分別為10mg/L和300mA,水力停留時(shí)間(HRT)從12h降低至 4h,出水 ClO4-濃度呈增大趨勢(shì),但去除率仍保持在99%以上[10].

需要指出的是,傳統(tǒng)膜電解過(guò)程中,陰極室溶液pH值呈上升趨勢(shì),隨著施加電流的增大,pH值增幅顯著,常規(guī)方法往往通過(guò)向陽(yáng)極室施加酸性溶液的方法穩(wěn)定陰極室 pH 值[12].然而前期研究發(fā)現(xiàn)[13],在較高 pH值(pH=9.0)條件下,氫自養(yǎng)還原細(xì)菌依然可以維持較高的活性,此時(shí)反應(yīng)速率可達(dá) 2.450mg ClO4-/(g VSS?h).這也就意味著,膜電解體系中陰極區(qū)域 pH值的升高對(duì)高氯酸鹽去除的抑制作用較為有限,陽(yáng)極室施加酸性溶液并非必須,即陽(yáng)極反應(yīng)也可以加以利用.

基于以上研究背景,本研究在傳統(tǒng)膜電解基礎(chǔ)上通過(guò)改變進(jìn)出水流向,將電化學(xué)陽(yáng)極反應(yīng)納入處理流程,建立膜電解氫自養(yǎng) MBBR反應(yīng)器.與傳統(tǒng)膜電解反應(yīng)器相比,本研究一方面實(shí)現(xiàn)了水中高氯酸鹽的深度轉(zhuǎn)化,另一方面將陽(yáng)極反應(yīng)納入處理流程,避免了酸溶液施加,同時(shí)氯離子在陽(yáng)極被氧化成活性氯,活性氯的存在進(jìn)一步提升了出水水質(zhì).

本研究考察了不同施加電流條件下,高氯酸鹽去除率、有效電流、電流效率、pH值及陽(yáng)極室活性氯的變化規(guī)律.并結(jié)合反應(yīng)器運(yùn)行狀況,利用掃描電鏡(SEM)和高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)反應(yīng)器內(nèi)微生物群落形態(tài)、群落結(jié)構(gòu)演替展開(kāi)分析.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 反應(yīng)裝置原理及其建立

本研究所建立的反應(yīng)裝置如圖1所示,主反應(yīng)器為長(zhǎng)方體型,材質(zhì)為有機(jī)玻璃.陰極室及陽(yáng)極室尺寸均為長(zhǎng)8cm×寬7cm×高10cm=560cm3,反應(yīng)器陰極室內(nèi)裝填Kaldnes K1填料,Kaldnes K1填料材質(zhì)為高密度的聚乙烯(密度為 0.95g/cm3), 9.1mm(直徑)×7.2mm(寬度),呈外棘輪狀,內(nèi)壁由十字筋連接,比表面積為 500m2/m3.Kaldnes K1填料填充率為 75%,裝填Kaldnes K1填料后陰極室有效容積為370mL,陰陽(yáng)兩極室由質(zhì)子交換膜(GEFC-107,北京金能)隔開(kāi),進(jìn)水由陰極室自流至陽(yáng)極室直至最終溢流出水.其中陽(yáng)極材料:RuIrO2電極;陰極材料:鎳板.電極有效面積6cm×9cm,極間距5cm,陰陽(yáng)兩室均用泵循環(huán)溶液避免濃差極化.陰陽(yáng)極室內(nèi)發(fā)生如下反應(yīng):陰極室:

陰極析氫反應(yīng)

微生物氫自養(yǎng)反應(yīng)

陽(yáng)極室:

氯離子氧化反應(yīng)

陽(yáng)極析氧反應(yīng)

圖1 反應(yīng)裝置及原理示意Fig.1 Experimental set-up

其中,陽(yáng)極室內(nèi)由于 EΘ)=1.36V＞EΘ)=1.23V,因而氯離子氧化反應(yīng)會(huì)優(yōu)先于析氧反應(yīng)發(fā)生.在陰極室內(nèi)微生物利用電解產(chǎn)生的氫氣將高氯酸鹽降解為氯離子,而后氯離子在陽(yáng)極室被陽(yáng)極氧化生成活性氯,活性氯具有殺菌作用,可進(jìn)一步提升出水水質(zhì).

本研究進(jìn)水采用去離子水配水.初始高氯酸根濃度為(4.98±0.091)mg/L,同時(shí)添加基礎(chǔ)培養(yǎng)基和微量元素溶液(1mL/L),各組分及其含量分別見(jiàn)表 1和表 2.進(jìn)水用 N2(99.9%)吹脫出其中的溶解氧使水桶內(nèi)處于低溶解氧狀態(tài)(DO＜2.0mg/L),再經(jīng)蠕動(dòng)泵抽入陰極室.

表1 基礎(chǔ)培養(yǎng)基組成Table 1 Composition of basal medium

表2 微量元素溶液組成Table 2 Composition of trace elements

1.2 反應(yīng)器接種馴化與運(yùn)行

取五龍口污水處理廠生物池厭氧區(qū)活性污泥,將填料浸泡 24h進(jìn)行接種,初始接種生物量為3.88gVSS/L,進(jìn)水高氯酸根濃度為(4.98±0.091) mg/L,在(25±2)℃條件下運(yùn)行反應(yīng)器,施加電流分別為 6,8,10,15,20mA.根據(jù)施加電流的不同分為5個(gè)周期,每個(gè)周期運(yùn)行9d,其中,前3d視為微生物適應(yīng)期,不取樣記錄數(shù)據(jù),適應(yīng)期結(jié)束后反應(yīng)器開(kāi)始正式運(yùn)行,每周期正式運(yùn)行 6d,共 30d.每周期正式運(yùn)行階段,定時(shí)監(jiān)測(cè)進(jìn)出水高氯酸根濃度、pH值等指標(biāo),出水高氯酸鹽濃度波動(dòng)＜5%視為已達(dá)到穩(wěn)態(tài)運(yùn)行,進(jìn)而可調(diào)整施加電流,開(kāi)展下一階段的實(shí)驗(yàn).

1.3 分析與測(cè)定

水樣經(jīng)過(guò) 0.22μm 水系濾膜過(guò)濾后測(cè)定各參數(shù).本實(shí)驗(yàn)中ClO4-離子采用美國(guó)熱電ICS-600離子色譜儀測(cè)定,測(cè)定條件:色譜柱型號(hào) AS16,KOH 淋洗液(25mmol/L),淋洗液流速 1.0m L/min,柱溫 30℃,進(jìn)樣量 10μL,此條件下 ClO4-的保留時(shí)間為15min,其檢出限為0.05mg/L. pH值采用pH計(jì)(上海雷磁PHS-3C)測(cè)定.TOC、NPOC采用 TOC測(cè)定儀(日本島津TOC-LCPN)測(cè)定.濁度值采用濁度儀(上海昕瑞WGZ-200)測(cè)定,ORP采用多參數(shù)水質(zhì)分析儀(美國(guó)哈希HQ30d)測(cè)定.活性氯采用N,N-二乙基-1,4-苯二胺光度法測(cè)定[14].

分別取反應(yīng)器接種及正式運(yùn)行第 24d的生物樣品,樣品DNA的提取及擴(kuò)增采用已有方法[13].擴(kuò)增后的DNA樣本送至生工生物工程(上海)股份有限公司進(jìn)行測(cè)序,測(cè)序平臺(tái)為 Illumina Miseq 2×300.高質(zhì)量序列去除前后引物以及標(biāo)簽后,利用 Mothur軟件對(duì)得到的全部序列進(jìn)行比對(duì),去除引物、嵌合體和長(zhǎng)度小于200bp的序列,并在97%的相似性水平上計(jì)算序列遺傳距離,該矩陣用于確定 OTUs(operational taxonomic units).同時(shí)基于物種豐富度的分析,使用Mothur軟件計(jì)算 Alpha多樣性指數(shù)中的豐富度(Chao1指數(shù)、Ace指數(shù))、多樣性指數(shù)(Simpson指數(shù)和Shannon-Wiener多樣性指數(shù))和覆蓋度(Coverage).

2 結(jié)果與討論

2.1 反應(yīng)器對(duì)ClO4-的去除效果

根據(jù)施加電流的不同將整個(gè)研究過(guò)程分為第I、II、III、IV、V階段,5個(gè)正式運(yùn)行階段反應(yīng)器運(yùn)行效果如圖 2(a)所示,對(duì)應(yīng)有效電流及電流效率變化情況如圖2(b)所示.

進(jìn)水高氯酸根濃度為(4.98±0.091)mg/L,當(dāng)施加電流為 6mA,反應(yīng)器穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí),出水濃度為(3.00±0.10)mg/L,電流效率達(dá)到(6.43±0.24)%,有效電流為(0.39±0.03)mA.當(dāng)電流強(qiáng)度增加至 8mA,出水濃度較第 I階段降低,為(2.50±0.03)mg/L,電流效率保持在(6.20±0.11)%,有效電流較之前略微增加為(0.47±0.04)mA.增加電流強(qiáng)度至 10mA,出水濃度進(jìn)一步降低,為(2.10±0.04)mg/L,電流效率為(5.94±0.15)%,有效電流增加至(0.59±0.01)mA.繼續(xù)增加電流至15mA時(shí),出水高氯酸根濃度較之前有大幅降低,低于檢出限(0.05mg/L),去除率大于(98.99±0.05)%,電流效率達(dá)到(6.59±0.17)%,有效電流達(dá)到(0.99±0.03)mA.

圖2 反應(yīng)器正式運(yùn)行期間高氯酸根濃度及電流效率和有效電流隨運(yùn)行時(shí)間的變化Fig.2 The variations of (a) perchlorate concentration and (b)the efficiency of applied current during operation time

由圖 2(b)可知,隨著施加電流的增加(6～15mA),出水高氯酸根濃度呈降低趨勢(shì),有效電流呈現(xiàn)增加態(tài)勢(shì),電流效率穩(wěn)定在 5.94%～6.43%.表明隨著電流強(qiáng)度的增加,陰極室生物反應(yīng)區(qū)的供氫量逐漸趨于飽和,反應(yīng)器內(nèi)供氫較為充分,形成較為適宜的環(huán)境,使出水高氯酸根濃度不斷降低.

此外,施加電流的增加有利于增加反應(yīng)器氫氣的供給,但施加電流過(guò)大會(huì)導(dǎo)致陰極室pH值過(guò)高以至偏離微生物的適應(yīng)范圍,進(jìn)而導(dǎo)致對(duì)高氯酸根去除率的下降.繼續(xù)增加電流至 20mA,陰極室溶液 pH值超過(guò) 9.5,導(dǎo)致出水高氯酸根濃度升高至(3.46±0.02)mg/L,對(duì)應(yīng)去除率降至(30.75±1.19)%.傳統(tǒng)膜電解反應(yīng)器通過(guò)陽(yáng)極室加酸的方法,施加不同的電流實(shí)現(xiàn)了高氯酸鹽 94.19%～98.38%以上的去除率,對(duì)應(yīng)電流效率在 2.4%～19.39%范圍內(nèi)波動(dòng),電流效率呈先升高后降低的趨勢(shì)[11].本研究所建立的反應(yīng)器避免了酸性溶液的添加,電流效率與傳統(tǒng)膜電解反應(yīng)器相差不大.

2.2 進(jìn)出水pH值的變化情況

微生物還原高氯酸根的過(guò)程需要在適宜的 pH值下進(jìn)行,電化學(xué)反應(yīng)器運(yùn)行過(guò)程中需要準(zhǔn)確控制HRT及施加電流,使得反應(yīng)器供氫充分的同時(shí)還能兼顧陰極室溶液 pH值處于合適的范圍,最大限度地發(fā)揮微生物對(duì)高氯酸根的降解作用.

反應(yīng)器正式運(yùn)行時(shí)各室溶液pH值的變化如圖3所示,進(jìn)水及陽(yáng)極室總出水pH值波動(dòng)不大,進(jìn)水pH值維持在 7.62～7.87.陰極室出水自流進(jìn)入陽(yáng)極室直至最終出水,電解水反應(yīng)中陰極產(chǎn)生的 OH-可以被陽(yáng)極產(chǎn)生的 H+中和(式(1)和(4)),使得總出水 pH 值一直處于較為穩(wěn)定的狀態(tài),為 7.96～8.11.陰極室溶液 pH 值隨著施加電流的增大而增大,ClO4-去除率呈先升高后降低的趨勢(shì).電流強(qiáng)度依次為6、8、10和15mA時(shí),陰極室生物反應(yīng)區(qū)溶液pH值依次為8.29±0.04、8.45± 0.03、8.58±0.08 和 8.74±0.04,對(duì)應(yīng) ClO4-去除率依次提高分別為(39.75±2.09)%、(49.71±1.00)%、(57.31±1.62)%和(98.99±0.05)%.這與之前研究發(fā)現(xiàn)氫自養(yǎng)高氯酸鹽還原菌在弱堿性的(pH＜9.5)環(huán)境下依然可以對(duì)高氯酸鹽的去除有較高活性的研究果相符[12].

圖3 進(jìn)出水pH值及去除率隨運(yùn)行時(shí)間的變化Fig.3 Variations of pH and removal efficiency at different operation stages

當(dāng)施加電流增至20mA,陰極室溶液pH值急劇增至(9.60±0.06),對(duì)應(yīng)高氯酸根去除率降至(30.75±1.19)%,表明20mA的施加電流導(dǎo)致陰極室生物反應(yīng)區(qū)域pH值過(guò)高(＞9.5),超過(guò)高氯酸鹽還原菌的耐受范圍,從而抑制高氯酸鹽還原菌的活性,影響高氯酸鹽的去除效果.相關(guān)報(bào)道表明,在序批式直接氫自養(yǎng)過(guò)程中高氯酸鹽還原菌的最適pH值為7.0,pH值過(guò)高或過(guò)低均會(huì)抑制高氯酸鹽還原菌活性[15].

總體而言,在本反應(yīng)體系中,陰極室溶液pH值隨施加電流的增大呈現(xiàn)增加態(tài)勢(shì)[9,11],陰極室pH值過(guò)高(＞9.5)不利于微生物對(duì)高氯酸鹽的還原降解作用.2.3 反應(yīng)器陰極室溶液 ORP值、陽(yáng)極室溶液活性氯濃度及其他理化指標(biāo)的變化

氫自養(yǎng)還原高氯酸鹽反應(yīng)需要在相對(duì)厭氧的環(huán)境當(dāng)中才能實(shí)現(xiàn)[16].采用質(zhì)子交換膜將兩極隔開(kāi),能夠避免陽(yáng)極產(chǎn)生的O2對(duì)陰極室高氯酸鹽厭氧還原過(guò)程造成影響.電解產(chǎn)生的氫氣一方面可被微生物利用降解高氯酸鹽,另一方面用于維持反應(yīng)器內(nèi)的厭氧環(huán)境.ORP(氧化還原電位)能夠大致反映反應(yīng)器內(nèi)的氧化還原環(huán)境,較低的ORP有利于維持高氯酸鹽還原菌的活性,運(yùn)行過(guò)程中陰極室溶液 ORP值的變化如圖4(a)所示.

圖4 陰極室溶液ORP及陽(yáng)極室溶液活性氯濃度隨施加電流的變化Fig.4 (a) ORP variation in cathode chamber and (b) active chlorine concentration variation in anode chamber under different applied current

從圖4(a)可知,隨著施加電流的增加,陰極室溶液ORP值呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì).施加電流分別為 6mA和 8mA 時(shí),ORP值分別為(-179.3±5.63)mV 和(-245.9±5.92)mV.此時(shí)反應(yīng)器的去除率為(39.75±2.09)%和(49.71±1.02)%,表明電化學(xué)反應(yīng)器運(yùn)行過(guò)程中較低的施加電流(＜10mA)就能夠建立氫自養(yǎng)所需的厭氧環(huán)境,但產(chǎn)氫量不足,使得去除率不高.

不同施加電流條件下,溶液活性氯濃度如圖 4(b)所示,施加電流分別為6、8、10mA條件下,活性氯的濃度依次為(0.057±0.003)mg/L(0.056±0.002)mg/L、(0.057±0.002)mg/L.

理論上,活性氯濃度應(yīng)隨施加電流的增大呈現(xiàn)增大的趨勢(shì),但由于6～10mA的施加電流過(guò)小,活性氯濃度在檢出限(0.05mg/L)附近,其規(guī)律性并不明顯,但當(dāng)施加電流分別增至15和20mA時(shí),活性氯濃度逐漸提高至(0.070±0.002)mg/L 和(0.076±0.002)mg/L.

整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中出水其他水質(zhì)指標(biāo)如下:NPOC (不可吹脫性有機(jī)碳)(1.49±0.4) mg/L,濁度(0.89± 0.27)NTU.上述指標(biāo)表明:本研究所建立的反應(yīng)器出水有機(jī)物濃度較低,與異養(yǎng)還原過(guò)程相比,無(wú)有機(jī)物二次污染的問(wèn)題;自養(yǎng)微生物增殖緩慢,附著于填料且不易隨水流出,使得出水濁度始終處于較低水平.

2.4 反應(yīng)器運(yùn)行過(guò)程中微生物監(jiān)測(cè)

2.4.1 微生物形態(tài)變化 實(shí)驗(yàn)接種污泥為污水處理廠氧化溝厭氧區(qū)污泥,外觀呈黑色.隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng),接種污泥逐漸由黑色轉(zhuǎn)為深灰色,沉降性能逐漸提升.采用掃描電鏡觀察填料、接種污泥、正式運(yùn)行第12d和第24d反應(yīng)器內(nèi)生物樣品的形貌特征.

如圖 5所示.由如圖 5(a)可知,在掃描電鏡下,Kaldnes K1填料表面粗糙不平,隨著反應(yīng)器運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng),反應(yīng)器內(nèi)微生物種群結(jié)構(gòu)、形態(tài)有了較大的變化.接種污泥內(nèi)細(xì)菌豐富主要為桿菌和球菌,微生物種群結(jié)構(gòu)、形態(tài)有了較大的變化.接種污泥內(nèi)細(xì)菌豐富,運(yùn)行12d后球菌逐漸減少桿菌數(shù)量逐漸增多,到第24d反應(yīng)器運(yùn)行已經(jīng)穩(wěn)定,短桿狀細(xì)菌逐漸占優(yōu)勢(shì).

表3 樣品α多樣性相關(guān)的各項(xiàng)指標(biāo)Table 3 α biodiversity of the samples

圖5 運(yùn)行過(guò)程中填料及生物樣品掃描電鏡Fig.5 SEM image of Kaldnes K1and microorganism at different operation stages

2.4.2 微生物群落結(jié)構(gòu)分析 反應(yīng)器接種及正式運(yùn)行24d的污泥樣品α多樣性各項(xiàng)指標(biāo)如表3所示.從表中可以看出各樣品的文庫(kù)覆蓋率均達(dá)到99%,表明樣品中絕大多數(shù)菌屬被檢出,測(cè)試結(jié)果可以代表樣本實(shí)際情況.此外,與接種樣品相比,正式運(yùn)行 24d后反應(yīng)器內(nèi)微生物OTU聚類(lèi)數(shù)、Shannon指數(shù)、ACE指數(shù)和Chao1等α多樣性指標(biāo)整體呈顯著下降趨勢(shì).由于接種污泥來(lái)源于氧化溝,發(fā)生反應(yīng)類(lèi)型多樣,導(dǎo)致其α多樣性較高,而反應(yīng)器開(kāi)始運(yùn)行后,反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)類(lèi)型較為單一,隨著運(yùn)行時(shí)間的增加,反應(yīng)器內(nèi)微生物菌群逐漸發(fā)生演替,氫自養(yǎng)還原菌逐漸凸顯,導(dǎo)致菌群α多樣性下降[13].

門(mén)水平上兩樣品群落組成結(jié)構(gòu)如圖 6(a)所示,結(jié)果表明:對(duì)比接種微生物菌群,運(yùn) 24d后,反應(yīng)器體系內(nèi)的優(yōu)勢(shì)菌門(mén)為 Proteobacteria(變形菌門(mén))、Firmicutes(厚壁菌門(mén))、Bacteroidetes(擬桿菌門(mén))和Chlorofexi(綠彎菌門(mén)),含量分別為 39.63%, 33.93%,11.41%和6.19%.

為更深入地了解微生物群落結(jié)構(gòu),對(duì)微生物進(jìn)行屬水平上優(yōu)勢(shì)菌屬分析,結(jié)果如圖6(b)所示:豐度較高的優(yōu)勢(shì)菌屬有 Thauera (8.25%)、Hydrogenophaga(7.17%)、Tissierella(7.16%)、Azonexus (5.13%)等.其中Thauera菌屬為主要優(yōu)勢(shì)菌屬,屬于 β-Proteobacteria.2013年Mao等[17]研究表明,Thauera菌屬為氫自養(yǎng)反硝化優(yōu)勢(shì)菌群.2016年本課題組[13]利用氫氣馴化高氯酸鹽還原菌,培養(yǎng)出以Thauera菌屬為代表的高氯酸鹽氫自養(yǎng)還原菌.結(jié)合本研究反應(yīng)器工況,可以推測(cè),屬Thauera為反應(yīng)器中主要的高氯酸鹽氫自養(yǎng)還原菌.其余優(yōu)勢(shì)菌屬,如Hydrogenophaga菌屬和Tissierella等菌屬的功能有待進(jìn)一步研究.

圖6 接種及正式運(yùn)行24d反應(yīng)器內(nèi)微生物群落結(jié)構(gòu)分析Fig.6 Taxonomic classification of the bacterial communities of inoculate sludge and the sample from reactor after 24d of operation

3 結(jié)論

3.1 本研究所建立的膜電解氫自養(yǎng) MBBR反應(yīng)器對(duì)水中(4.98±0.091)mg/L高氯酸鹽的去除率可達(dá)(98.99±0.05)%以上,出水水質(zhì)良好.

3.2 直流電的施加能夠在陰極室建立氫自養(yǎng)還原高氯酸鹽所需的厭氧環(huán)境,ORP值始終處于較低的水平(-179.33±5.63)～(-299.21±6.57)mV.

3.3 反應(yīng)器對(duì)高氯酸鹽的去除率隨施加電流的增大(6～15mA)而增加,但當(dāng)施加電流過(guò)大(20mA)導(dǎo)致陰極室溶液pH值超過(guò)9.5時(shí),陰極室內(nèi)微生物活性受到抑制,導(dǎo)致反應(yīng)器對(duì)高氯酸根的去除率下降.此外,陽(yáng)極室活性氯的檢出表明本研究實(shí)現(xiàn)了高氯酸鹽→氯離子→活性氯的深度轉(zhuǎn)化.

3.4 反應(yīng)器運(yùn)行過(guò)程中,微生物形態(tài)及菌群結(jié)構(gòu)均發(fā)生較大變化.短桿菌數(shù)量逐漸增多,菌群α多樣性下降,Thauera菌屬為主要的氫自養(yǎng)還原優(yōu)勢(shì)菌屬,其豐度達(dá)到8.25%.