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《河北科技大学》 2016年
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硫自养高氯酸盐还原机理及反应器运行调控策略研究

张超  
【摘要】:近年来,高氯酸盐(ClO_4~-)污染越来越严重,生物法是去除ClO_4~-的有效方法之一。其中利用硫自养还原ClO_4~-技术逐渐成为研究热点。但硫自养还原ClO_4~-过程中存在出水SO42-浓度过高、硫自养反应器启动较慢等问题,制约了该技术在ClO_4~-还原过程中的应用。故本课题首先研究了环境影响因素对硫自养ClO_4~-还原的影响,探讨了硫自养ClO_4~-还原过程中的电子传递机制;然后通过接种S_2O_3~(2-)驯化菌群的方式,来考察硫自养填充床反应器的快速启动方式;最后通过改变反应器的构型、运行条件及进水方式来考察出水SO42-的浓度及ClO_4~-的去除率。首先研究了以硫代硫酸钠(S_2O_3~(2-))为电子供体,考察了温度、p H、进水ClO_4~-浓度、共存NO_3~-和Cl O_3~-离子等因素对ClO_4~-还原的影响。实验结果表明,p H 7.5、温度为40°C时ClO_4~-去除速率最大,ClO_4~-去除速率随初始ClO_4~-的浓度的增加而增加;当ClO_4~-、NO_3~-和Cl O_3~-共存时,优先还原NO_3~-和Cl O_3~-,且ClO_4~-的还原被完全抑制;S_2O_3~(2-)驯化优势菌与硫颗粒驯化的优势菌相同,都为Sulfurovum一种硫氧化菌。通过抑制剂实验研究硫自养高氯酸盐的电子传递机制。研究表明,复合体I并不参加ClO_4~-还原的电子传递过程;复合体II和醌池参与了该过程;复合体Ⅳ为该过程的主要途径;该过程是一个需能的过程;同时,ClO_4~-和Cl O_3~-的抑制效果相同,也验证了高氯酸盐还原酶和氯酸盐还原酶可能为同一种酶。分别接种活性污泥(R1)、接种活性污泥且进水中添加S_2O_3~(2-)(R2)和接种S_2O_3~(2-)驯化菌群(R3),考察三种情况下对硫自养反应器的快速启动的影响。结果表明R3的启动时间最短仅为3 d;同时R2中EPS含量最高为1198 mg/g VSS,分别是R1和R2的1.27和2.38倍,因此接种S_2O_3~(2-)驯化菌群更有助于刺激生物膜的产长。改进硫自养填充床反应器的结构类型(通过增加布水板将单室改进成多室)及反应器的运行方式和进水条件,来控制SO42-的产生及提高ClO_4~-的去除率。进水ClO_4~-浓度为194 mg/L,HRT由12 h减少为4 h时,三室反应器(R3)ClO_4~-去除率为100%,SO42-产生量减少了120 mg/L同时,R3中SO42-产生量比单室反应器(R1)低40 mg/L;R3的三个反应室中菌群结构的差异性较小。综上,本课题研究更加完善了硫自养高氯酸盐的还原机理及理论背景,为解决硫自养技术在实际高氯酸盐废水中的还原问题提供了有效的解决途径,对硫自养高氯酸盐还原的实际应用提供了一定的理论与技术支持。
【学位授予单位】:河北科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:X703

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【参考文献】
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