生物法去除地下水中高氯酸鹽的研究進展

汪亞楠 劉永德

摘要：指出了隨著工業化的進行.世界上各地的飲用水都受到了高氯酸鹽的污染，我國的地下飲用水也面臨著高氯酸鹽大片污染的問題，這使得我國用水的安全面臨著嚴峻挑戰。總結了采用生物法去除高氯酸鹽的優點，探討了其進一步的研究進展。

關鍵詞：生物法;地下水;高氯酸鹽：研究進展

中圖分類號：X703

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）14-0088-02

1引言

高氯酸鹽污染主要來源于固體燃料的氧化劑、實驗室化學試劑、電鍍液、橡膠制品以及染料涂料等工業產品的生產加工過程;具有較好的水溶性和化學穩定性，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。高氯酸鹽對人體的危害表現為干擾甲狀腺的正常功能，影響碘的吸收，影響新陳代謝。

2高氯酸鹽污染現狀

加利福尼亞州EPA對飲用水中的ClO^-₄公共健康閥值限定為6 μg/L，對該州110處地下水調查顯示，33處地下水高氯酸鹽濃度超過18 μg/L，最高處濃度達到280 μg/L。2005年，美國自來水協會AWWA調查發現美國現有26個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。

高氯酸鹽對人體具有致畸、致癌、致突變作用。我國對飲用水中高氯酸鹽的健康安全值還沒有明確的規定，這使得我國用水安全面臨著嚴峻挑戰，因此，高氯酸鹽污染問題亟待解決。

3國內外研究現狀

目前常用的高氯酸鹽去除技術主要有離子交換法、膜分離法、化學催化法和生物法。離子交換法和膜分離法只能將污染物從水中分離出來，不能從根本上去除。分離出的濃鹽溶液的排放也是一個問題。化學催化法一般使用貴金屬作為催化劑.造價高，反應條件較為苛刻，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程，高氯酸鹽降解過程為：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。生物法去除污染物分為異養法和自養法，異養法是：污染物作電子受體，添加有機電子供體，將污染物還原降級的過程;自養法是添加無機電子供體，如：Fe、S⁰、H²等還原性物質作為電子供體，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，利用純種細菌對ClO^-₄，和NO^-₃進行還原。結果表明：在足量乙酸鹽存在的條件下，與單獨還原ClO^-₄相比，微生物同時還原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ClO^-₄和NO^-₃均可有效的去除。乙醇足量時，4h可將100 fig/IJ C，10-和60mg/LNO^-₃的去除率均達到80%以上;乙醇不足量時，ClO^-₄和NO^-₃的去除率明顯下降。

萬東錦[胡采用硫磺顆粒與無煙煤混合填充床反應器去除地下水中的NO^-₃，HRT=2 h，初始濃度為20mg/L NO^-₃-N，去除率大于90%。實驗結果表明SO^2-₄/NO^-₃符合化學計量比。即硫磺沒有發生歧化反應。

2015年，高孟春研究了填充單質硫顆粒反應器去除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逐漸調整至0.5 h，去除率大于99%。研究顯示，隨水力停留時間縮短，ClO^-₄去除率趨于穩定的時問增加。NO^-₃去除率影響不大。

4生物法去除高氯酸鹽的優點

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反應所需的活化能，利用高氯酸鹽為電子受體，以有機物或氫氣、硫等還原性物質作為電子供體，在缺氧或厭氧的條件下通過一系列的代謝過程將其轉化為Cl^-：ClO^-₄→ClO^-₃→ClO^-₂→H₂O+ ClO^-。高氯酸鹽降解過程中未發現中間產物的積累，其中ClO^-₄降解成ClO^-₃為高氯酸鹽降解過程的限速步驟，并且ClO^-₄/O^-化學計量比為1：1。自然界中普遍存在高氯酸鹽還原菌，在合適的厭氧環境的條件下，添加足夠的有機物或其他可為微生物利用的物質如（硫磺、氫、零價鐵等），微生物還原高氯酸鹽過程就可以發生。

與其他物理化學方法相比，生物法處理高氯酸鹽具有兩個突出優點：一是實現了高氯酸根的轉化;二是成本相對較低并且操作靈活對原水水質的適應性較強，適合大規模給水處理。