高氯酸盐是具有高稳定性、高扩散性和持久性的新型无机污染物。作为一种强氧化剂,高氯酸盐一直被广泛应用于火箭推进剂、军火工业、烟火制造、汽车气囊及高速公路安全闪光板等领域。高氯酸盐主要影响人体的甲状腺功能,抑制人体正常的新陈代谢和生长发育,尤其是婴儿的大脑组织发育。研究发现,国内饮用水、地下水、地表水和瓶装水中均有高氯酸盐检出,其平均质量浓度分别达到2.46、3.04、2.82、0.22μg/L,这说明高氯酸盐污染已经严重威胁到我国的饮用水源安全。本研究使用生物质吸附剂耦合微生物还原法对水体中低浓度的高氯酸盐进行富集并微生物处理,将富集于吸附剂表面的ClO4-还原为无害的Cl-,实现高氯酸盐无害化及生物质吸附剂的同步微生物再生。本文系统地研究了吸附-微生物还原联用技术在多种条件下还原高氯酸盐的行为及机制,探讨了高氯酸盐还原菌(PRB)在不同pH、竞争离子、氧化还原电位、温度等条件下,对富集于生物质吸附剂表面高氯酸盐的还原效果,初步了解了 PRB的种群构成与特性,并与纯菌株(Azospirasp.KJ)进行对比。此外,通过多种表征手段分析了生物质吸附剂的结构和组成,探讨了其吸附高氯酸盐的机理和特性。主要的研究内容以及结果总结如下:1、利用环氧氯丙烷、乙二胺和三乙胺对两种农作物秸秆(棉花秸秆、小麦秸秆)进行表面改性,嫁接上季氨基基团,制备得到棉花秸秆阴离子吸附剂(CS-resin)和小麦秸秆阴离子吸附剂(QAWR);在此基础上,以芦竹为原料,制备通过化学共沉淀法对其进行磁化,使其表面负载Fe3O4磁性粒子,然后基于相似工艺,负载季氨基基团,制备具对高氯酸盐具有高吸附容量且易固液分离的磁性芦竹生物质吸附剂(MACR),分析三种生物质吸附剂在高氯酸盐的吸附及微生物还原体系中的作用效果及机制。2、通过拉曼光谱(Raman)、红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)测定不同生物质秸秆吸附剂的特征吸收峰,分析特征峰的位置及偏移情况,确定三种生物质吸附剂对高氯酸根的吸附机理均基于静电吸引及离子交换,微生物再生后其表面高氯酸根被完全还原为氯离子;通过扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、透射电镜(TEM)等确定通过微生物对富集于吸附剂表面的高氯酸盐进行还原后,生物质吸附剂微生物再生前后形貌特征变化不明显,但有少量多糖类物质附着在吸附剂表面导致其后期的吸附量有一定损失;3、考察了在不同浓度的多种共存离子(硝酸根、磷酸根、硫酸根等)情况下,三种生物质吸附剂对高氯酸盐的吸附效果,所选共存阴离子对不同生物质吸附剂吸附高氯酸根效果的影响结果相似,所表现出的影响程度如下所示:SO42->NO3->H2PO4-。并结合量子计算得出高氯酸根与三种吸附剂负载的特征官能团季氨基的结合自由能为-1.7 kcal/mol。而磷酸根、硝酸根、硫酸根与季氨基的结合自由能分别为-3.4,-3.2和-4.3 kcal/mol,这一结果与竞争离子实验结果吻合;4、利用混合菌PRB及纯菌Azospira sp.KJ对达到饱和吸附的生物质吸附剂进行还原,明确了微生物还原的最适pH、氧化还原电位及硝酸根离子的影响。其中,纯化培养的Azospirasp.KJ还原高氯酸根的最佳pH为8.0,混合菌PRB还原的最佳pH为7.0,较低的氧化还原电位利于PRB还原高氯酸根;硝酸根与高氯酸根共存时,混合菌PRB会优先还原硝酸根,而纯菌Azospirasp.KJ则会优先还原高氯酸根;电子供体的实验表明,在微生物还原高氯酸根过程中,醋酸盐,乳酸盐和琥珀酸盐更适合作为电子供体。