[发明专利]一种降解水中高氯酸盐的工艺及所用可降解复合材料

说明书

技术领域

本发明属于环保技术领域，具体涉及一种可生物降解材料作碳源降解水中高氯酸盐的工艺及所用可降解复合材料。

背景技术

高氯酸盐（ClO₄^-）一直被广泛应用于火箭推进剂、烟火制造、军火工业、汽车气囊、高速公路安全闪光板等领域。高氯酸盐会与碘化物竞争性地结合于甲状腺，造成甲状腺激素分泌不足，最终影响人体的发育，尤其是大脑组织的发育。此外，高氯酸盐还可能对除甲状腺以外的靶器官也造成毒性效应，在人体组织中存在迁移和滞留，甚至可以通过脐带传递给下一代，属于典型的内分泌干扰物质。

高氯酸盐具有高水溶性、高流动性和稳定性，可以在自然水环境中稳定存在几十年，一旦进入环境介质即会随着地下水和地表水迅速扩散，因此难于从水体中对其进行有效的去除。对于地下水高氯酸盐污染治理而言，从地下水环境（温度稳定、缺氧或少氧）、现存处理工艺、经济费用方面考虑，采用生物还原法工艺更加合理。对于高氯酸盐生物还原法而言，在缺氧的情况下，高氯酸盐还原菌以高氯酸根为电子受体进行呼吸作用，将ClO₄^-还原为无毒的Cl^-，在该方法中高氯酸盐还原菌和电子供体的选择是完成微生物还原高氯酸盐的关键。无机电子供体主要指氢气和还原性硫化物。氢气作为电子供体，其主要优点在于无毒无害，可选择性去除高氯酸盐，但是氢气易燃易爆，溶解度低，处理能力低，投资与运行费用昂贵；还原性硫化物作为电子供体，其主要问题是去除高氯酸根离子的同时生成了硫酸根，而饮用水质对硫酸根也有限制。

大量研究表明，以醋酸盐、乙醇、乳酸盐等外加有机物作为电子供体（碳源）可以有效地实现高氯酸盐还原菌对高氯酸盐的降解。但是在使用小分子供电子基质时往往遇到问题，如果基质过量，则污染水体，若基质不足，则高氯酸盐降解反应不彻底。正是由于未能有效解决高氯酸盐污染地下水治理的关键限制性因素—碳源问题，使得目前研究大多数停留在异位生物去除高氯酸盐工艺，即抽出—处理阶段。所存在的运行条件控制难度大、费用高、占地面积大等问题而极大限制了生物还原法去除高氯酸盐工艺的研究与推广应用。

近来国外有研究者采用可生物降解聚合物（BDPs）作为固体碳源去除循环养殖水系统中的硝酸盐，并取得良好效果。该技术的优势在于BDPs不溶于水，仅在微生物代谢作用下才得到分解，为反硝化菌提供所需的碳源并可作为微生物的载体，具有较高的污染物去除能力。国内研究者采用PHB或PCL作为碳源和能源，成功进行饮用水反硝化的研究。研究证实，反硝化细菌可以像高氯酸盐还原酶一样利用异养硝酸盐还原酶降解高氯酸盐，绝大多数的高氯酸盐降解菌也能降解硝酸盐。因此，反硝化技术中的BDPs材料很有可能成为一种非常有潜力的生物降解高氯酸盐的电子供体，但相关研究尚未见报道。

发明内容

在将PHB或/和PCL作为碳源和能源去除水中高氯酸盐的过程中，PHB的生物降解速度过快，能在较短时间内提供过量碳源和能源、从而导致碳源无法充分利用；还需要频繁更换碳源、存在生产成本高等问题；

    而PCL降解速度过慢，无法为处理过程提供充足的碳源和能源；从而导致去除速率过低、单位时间内的处理量少、处理过的水无法达标等问题；一次处理过程无法实现有效去除高氯酸盐的目的；

    即使将两者同时使用，由于PHB和PCL独立存在、不会发生影响结构变化的相互作用，其各自的降解速率不会发生变化；存在前后去除速率不一致，后期去除速率过低、使处理过的水无法达标、一次处理过程无法实现有效去除高氯酸盐的目的问题。

因此，本发明的其中一个目的在于：提供一种对水中高氯酸盐处理速率高、处理时间短且使用周期长的新的可降解复合材料。所述处理时间，是指从水注入反应器至收集到达标水所用时间。

本发明的另一个目的是：提供一种采用上述可降解复合材料降解水中高氯酸盐的工艺。

实现本发明目的的技术方案为：

    一种可降解复合材料，由10-80份的PHB和10~70份的PCL交联反应，制成颗粒；

其性能参数如下表：