硫碳混合复三维电极-生物膜还原高氯酸盐和硝酸盐的研究

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高氯酸盐和硝酸盐是许多地表和地下水体中的共存污染物。高氯酸盐的主要来源是火箭等航天制造中使用的固体推进剂;硝酸盐主要来源于农业氮肥、养殖牲畜排泄物、污水灌溉等社会活动;硝酸钾化肥和烟花爆竹等行业会同时造成高氯酸盐和硝酸盐的排放。高氯酸盐会导致人体的甲状腺功能异常;而人体摄取硝酸盐后将其还原为强毒性亚硝酸盐,进而导致红血球变形而失去运氧能力。近年来微生物法去除饮用水中高氯酸盐和硝酸盐受到许多学者的关注。
　　在生物法和电化学法基础上,本试验将硫自养和电化学氢自养相结合,提出硫碳混合复三维电极-生物膜自养组合工艺。重点讨论硫自养反硝化菌和氢自养反硝化菌还原高氯酸盐的可行性评价;并对比分析进水缺氧和有氧条件下,改变水力停留时间(HRT)和电流强度(I)对高氯酸盐和硝酸盐降解效果的影响,优化工艺运行参数。
　　在研究硫自养反硝化菌和氢自养反硝化菌还原高氯酸盐试验中,进水NO3--N为28mg/L,电流为10 mA,HRT从12~2h,运行稳定末期出水NO3--N浓度低于检测线,达到100％去除率,表明反应器在该条件下能承受一定的冲击负荷;HRT继续缩短为1h,出水NO3--N浓度增加;固定HRT为1h,电流从10~25 mA,NO3--N去除率增加,出水在4 mg/L,符合饮用水规定标准(GB5749-2006);pH值总体呈降低趋势,末期稳定在7.6左右;ORP值随HRT缩短而逐渐降低,但受电流影响较小,出水在-300mV左右。固定HRT为1h,电流为25mA,利用驯化的反硝化菌降解浓度为1.25 mmol/L(124.4mg/L)的ClO4-,结果表明出水ClO4-浓度逐渐降低,末期稳定在0.97 mmol/L(96 mg/L),且无中间产物的形成。表明硝酸盐驯化的厌氧污泥可以有效的还原高氯酸盐,但不完全降解。
　　对进水曝气脱氧使溶解氧(DO)在0.5~0.6 ppm以下来维持缺氧环境,研究HRT和电流变化对ClO4-和NO3--N降解的影响。电流强度为10 mA时,HRT从12~2h,出水ClO4-和NO3--N浓度逐渐增加,每个阶段出水SO42-浓度先增大后稳定;出水pH逐渐降低。固定HRT为2h,电流从10~35 mA,ClO4-和NO3--N去除率小幅度增大,出水 SO42-浓度受电流影响较小。整个阶段 ClO4-完全转化为Cl-,运行末期出水SO42-稳定在170mg/L左右,符合出水规定标准;出水pH和ORP满足了微生物所需的酸碱和缺氧环境。与接种污泥相比,反应器内微生物主要为变形菌,优势菌种包括Desulfocapsa sp. Cad626、Thiobacillus thioparus、和Rhodococcus sp. DTB;并出现了新的菌种Rhodococcus erythropolis、Epsilon proteobacterium49MY、hodococcus erythropolis、Sulfuricella denitrificans(T)、Flavobacteriales bacterium CF-1和Thiobacillus thioparus。
　　另一反应器进水不脱氧(DO:2.5~3.0 ppm)提供有氧条件来作对比试验,进水浓度和运行条件与对比有氧试验相同。HRT从12~2h,每个阶段末期出水ClO4-和NO3--N浓度相比增加;电流从10~35 mA,出水ClO4-和NO3--N浓度降低;对比分析相同运行工况内,ClO4-和NO3--N在缺氧条件下的降解效果优于有氧条件。运行末期出水SO42-浓度在160mg/L;pH在7.9~8.1之间,ORP值表明反应器内形成良好的厌氧环境;出水ClO4-和NO3--N浓度沿着反应器由下往上呈减小趋势。反应器内变形菌占64%左右,优势菌种包括 beta proteobacterium5Z-C1、Marinomonas sp. JL-55和Thiobacillus sp. K6.2;与挂膜污泥相比,新增菌种有 Thiomicrospira denitrificans、Thiobacillus thioparus、 Sulfurimonas sp. Go25-1、 Rhodococcus erythropolis和 Vibrio harveyi。

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作者
杨宁;
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作者单位

中国海洋大学;

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授予单位中国海洋大学;
学科环境工程
授予学位硕士
导师姓名高孟春;
年度 2014
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类净水工程（给水处理）;
关键词
硫碳混合复三维电极; 生物膜自养组合; 高氯酸盐; 硝酸盐; 电流强度;

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