硫自养微生物降解水中低浓度高氯酸盐的研究--反应器效能及微生物种群空间分布

考察了升流式硫自养固定床反应器对水中低浓度高氯酸盐[(468.74±6.80)μg/L]的降解效能及相关机制,并利用高通量测序技术对反应器内微生物种群空间分布特性展开分析.研究发现,当HRT为4.00~0.75h时,高氯酸盐去除率达到97%以上,降解符合1/2级反应动力学模型,1/2K_(1/2v)为39.59[μg^(1/2)/(L1/2·h)].随着HRT由4.00h缩短至0.75h,出水SO_4^(2-)增量由173.37mg/L减小至90.07mg/L,由歧化反应产生的硫酸根占90.75%~93.91%,硫歧化反应与高氯酸盐的降解同步进行,同时,该反应也是碱度过量消耗的主要因素,导致出水p H值降低.测序结果表明,随着高度的增加,反应器内菌群α多样性降低.变形门(Proteobacteria)和绿菌门(Chlorobi)构成了反应体系的优势菌群.菌属Chlorobaculum为歧化反应菌属,是反应器内优势菌属.

硫自养生物反应器对水中锑酸盐的去除效能和反应机理

为了探究硫自养生物过程对水中锑酸盐的去除效能,建立升流式硫自养固定床生物反应器,考察水力停留时间(HRT)对Sb(Ⅴ)和总Sb去除性能的影响,监测分析出水pH值、碱度消耗量变化规律和含硫副产物的产生趋势,利用扫描电镜和拉曼光谱分析表征推测反应机理.结果表明:(1)当进水锑酸盐Sb(Ⅴ)浓度为(1028.07±43.39)μg·L^(-1),HRT为8 h时,经过10~15 d的适应期,反应器对Sb(Ⅴ)去除率可达到94.37%±0.57%,总Sb去除率为47.03%±1.54%,当HRT由8 h缩短为6 h时,反应器对Sb(Ⅴ)去除率可达到90.60%±1.09%,总Sb去除率为12.79%±1.65%.(2)反应器出水硫酸盐超过理论值,表明有硫歧化反应发生,当HRT由8 h缩短为6 h时,碱度消耗量下降至(66.83±6.31)mg·L^(-1),对应pH值降低至7.29±0.09;出水SO_(4)^(2-)浓度出现大幅下降,SO_(4)^(2-)增量由(80.02±1.62)mg·L^(-1)降低至(63.77±1.78)mg·L^(-1),并在20 d后达到稳定.(3)扫描电镜结果表明反应器内球菌和短杆菌数量逐渐增多;拉曼光谱分析结果表明,反应器内沉淀产物为Sb_(2)S_(3)和零价硫的混合物,推测反应机理为锑酸盐在微生物的作用下发生硫自养还原反应,被转化为亚锑酸盐Sb(Ⅲ),而后Sb(Ⅲ)与硫歧化反应产生的S^(2-)生成沉淀Sb_(2)S_(3),从而实现Sb(Ⅴ)的高效还原和总锑的有效去除.研究显示,硫自养生物去除锑酸盐过程受到HRT变化的影响,出水SO_(4)^(2-)超过理论值,硫歧化反应与反应机理密切相关.

硫和石英砂比对自养填充床反应器去除高浓度高氯酸盐的影响

运行不同硫和石英砂体积比的3个自养填充床反应器R1(2∶1)、R2(1∶1)、R3(1∶2)去除模拟高浓度高氯酸盐(ClO_4^-)污染水,在不同进水ClO_4^-浓度和水力停留时间(HRT)下研究反应器的ClO_4^-去除效果、动力学及生物膜生长规律.结果表明,ClO_4^-去除率随着ClO_4^-浓度的提高和HRT的减小而下降,且R1>R2>R3;当HRT为3.2 h,进水ClO_4^-浓度为300mg·L-1时,R1达到最大去除负荷2.18 kg·(m3·d)-1;3个反应器ClO_4^-去除均符合半级动力学,反应速率常数1/2K1/2v分别为8.036、6.596、4.212 mg1/2·(L1/2·h)-1;硫歧化反应使出水SO_4^(2-)浓度高于理论值,硫歧化反应随着ClO_4^-浓度的提升和HRT的下降受到抑制,R3出水SO_4^(2-)浓度最低,歧化反应最弱;出水p H和碱度随着进水ClO_4^-浓度和HRT的增大而减小,且R3一直较高;R2、R3挂膜效果好于R1,胞外聚合物(EPS)的分泌可以促进生物膜生长,且分泌量随着HRT的减小而减少.