微生物异养和电化学氢自养协同深度降解水中高氯酸盐的方法技术

本发明专利技术提出了微生物异养和电化学氢自养协同深度降解水中高氯酸盐的方法，属于水处理技术的应用领域。本发明专利技术的技术原理是将高氯酸盐降解分为异养过程和电化学氢自养过程。异养过程中，低于化学计量比添加有机碳源，避免有机碳源的二次污染，实现高氯酸盐向氯离子的部分转化；而后，于电化学自养过程中实现高氯酸盐的完全深度转化。本发明专利技术克服了异养和电化学氢自养还原高氯酸盐现行技术存在的缺陷，使二者协同作用有效避免异养段多余碳源所造成的二次污染，同时利用电化学反应特性，产生活性氯，提升水质。本发明专利技术去除水中高氯酸盐处理单元简化，效率高，易于操作，占地面积小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提出了微生物异养和电化学氨自养协同深度降解水中高氯酸盐的方法，属 于水处理技术的应用领域。其技术原理是利用微生物异养和电化学氨自养的协同作用，将 水中污染物高氯酸盐分段协同去除。通过调节实验参数灵活调配异养段和氨自养段的负 荷，一方面有效避免异养段有机碳源添加造成的二次污染问题，另一方面生成的氯离子于 阳极室内参与电解反应产生活性氯，实现对出水的电化学消毒，进一步提升出水水质。 技术背景 当下由于现代工业的发展，含高氯酸盐的物质广泛使用，使得高氯酸盐成为一类 普遍的水体污染物。高氯酸盐主要应用于火箭固体燃料或动能助推器W及纺织染料、烟火 生产、皮革制造等领域，高氯酸盐具有高扩散性、高稳定性、高溶解性及持久性等特点，使得 高氯酸盐在水中极易迁移扩散，一般环境中，可存在达数十年之久。近些年来，高氯酸盐毒 理研究发现高氯酸盐能够干扰人体甲状腺的正常功能，影响人体的发育。尤其是婴儿时期， 对新生儿的新陈代谢、中枢神经系统和大脑组织的发育造成不可逆的伤害，严重时对骨髓、 肌肉组织产生病变影响，甚至诱发甲状腺癌。 鉴于高氯酸盐的危害，2005年2月，高氯酸盐被美国环保署列入第一批环境污染 物候选名单，建议饮用水中高氯酸根的质量浓度限值为24. 5yg/l，并规定其人体健康参考 剂量为每天0.7yg/L。由于高氯酸盐自身的理化性质，我国的地下饮用水面临着高氯酸盐 大片污染的问题，使得我国饮用水的安全面临着严峻挑战。 目前，比较成熟的高氯酸盐去除工艺可W分为物理法、生物法和化学法。物理法弊 端在于该方法仅仅是对污染物进行了转移或浓缩，并没有对其进行彻底的转化。化学催化 法多采用贵金属作为催化剂，成本较高，同时催化剂易失活，反应条件苛刻，不适于大规模 应用。 生物法具有高效率、低成本等优点，目前得到诸多关注。其原理是通过微生物的新 陈代谢作用将高氯酸盐还原为氯离子。研究表明，许多单一型和混合型细菌能把Cl〇4离子 作为新陈代谢的电子受体（氧化剂），可W彻底将高氯酸盐转化成氯离子。此过程常需要额 外投加电子供体（还原剂）。根据微生物所需碳源的不同，可W划分为异养和自养。异养 去除高氯酸盐法反应速度快，反应效率高，污泥增殖较为迅速。实际操作过程中往往存在有 机碳源投加量的问题：电子供体投量不足，污染物不能有效的去除；添加过多，有机质则残 余，形成二次污染。自养过程中一般W单质硫或者氨气为电子供体。氨气是较为理想的电 子供体，W氨气作为电子供体将高氯酸盐转化，细菌增殖较慢，反应产物较简单，清洁，不存 在二次污染的问题。但氨气存在着易燃易爆，不易运输，溶解度低，氨自养反应过程缓慢等 问题。
技术实现思路
基于W上技术背景，本专利技术提出一种微生物异养和电化学氨自养协同深度去除高 氯酸盐的方法。本专利技术的技术原理是：将高氯酸盐降解分为异养过程和电化学氨自养过程。 异养过程中有机碳源不足量投加，实现高氯酸盐部分降解的同时完全消耗有机碳源，W避 免有机碳源的二次污染问题，异养过程残余的高氯酸盐通过电化学氨自养过程得W完全去 除。构建适配的电化学生物反应器，在直流电下，阴极表面发生析氨反应，析出的氨被氨自 养高氯酸盐还原菌利用并通过氨自养生物还原作用将水中的高氯酸盐转化为氯离子。而 后，氯离子在阳极区域被电化学氧化生成活性氯，活性氯具有杀菌作用，可进一步提升出水 水质，实现高氯酸盐的深度转化。上述过程充分发挥了异养过程和氨自养过程各自的优势， 提升效率，同时简化了生物处理单元。 本专利技术克服了异养和电化学氨自养还原高氯酸盐现行技术存在的缺陷，通过调节 运行参数，调配异养段与自养段比例负荷。有效避免异养段多余碳源投加，同时利用电化学 反应特性，阴极室出水进入阳极室产生活性氯，进一步对水质进行杀菌净化，提升水质。 阳00引为了实现如上技术原理，现采用如下技术方案： 本专利技术所述的异养还原过程为低碳源异养过程，施加的有机碳源包括可溶于水的 液体碳源如醇类、簇酸类、糖类、酵母味素中的任意一种或几种，也可W是可被微生物分解 利用固体有机碳源如纤维素、木质素的任意一种或几种，碳源的添加量低于化学计量比的 理论值（即根据高氯酸盐与其的反应公式计算出所需的碳源理论添加量）。如当丙酬酸作 为有机碳源时，高氯酸盐的降解反应如下所示：->cr+3c〇2+//2〇， 根据该式，丙酬酸的施加量/待去除高氯酸盐（物质的量之比）=1:1，按照本专利技术方案， 丙酬酸按不足量施加，即丙酬酸的施加量/待去除的高氯酸盐（物质的量之比）<1:1。 本专利技术所述的电化学氨自养还原过程，需构建适配的电化学生物反应器，使用阳 离子交换膜将直流电解槽分割为阳极室及阴极室，进水经由阴极室进入阳极室直至最终出 水；阴极室中电解水产生氨气，微生物利用电解产氨发生氨自养还原反应，将高氯酸盐生成 氯离子；阳极室中，氯离子发生电化学氧化反应，生成活性氯，活性氯具有杀菌作用，可进一 步提升出水水质。 按照W上所述方案协同去除高氯酸盐，需建立异养与电化学氨自养协同作用的降 解系统。异养段和自养段可分别建立而后将二者串联，降解系统为连续进出水处理模式。受 污原水首先经过异养段进行低碳源异养还原；之后，将含有残余高氯酸盐的异养段出水引 入电化学反应器阴极室发生氨自养还原反应；而后，阴极室出水进入阳极室，氯离子在阳极 发生电化学氧化反应，生成活性氯对最终出水进行消毒。 异养段可采用固定床、流化床、膜生物反应器等多种形式，施加的有机碳源包括液 态及固态有机碳源，液态有机碳源可直接添加至进水中，固态有机碳源可作为生物载体缓 释供给碳源。 电化学氨自养段中，阴极当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
微生物异养和电化学氢自养协同深度降解水中高氯酸盐的方法，其特征在于：将高氯酸盐降解分为异养过程和电化学氢自养过程；受污原水首先进入异养段进行低碳源异养还原，而后残余的高氯酸盐进入电化学氢自养段进行深度降解；两过程协同作用，严格控制异养段有机碳源的添加量，同时调配异养段和电化学氢自养段负荷比例。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：万东锦，肖书虎，牛振华，刘永德，王依依，张宝忠，张良波，
申请(专利权)人：河南工业大学，
类型：发明
国别省市：河南;41