三維電極-生物膜反應(yīng)器全程脫氮研究.pdf

1、電極-生物膜法是近年發(fā)展起來的一種電化學(xué)法與生物膜法相結(jié)合的脫氮新工藝，有關(guān)電極-生物膜反應(yīng)器的研究主要是利用陰極產(chǎn)生的氫氣對硝酸氮微污染的地下水進行反硝化脫氮，利用電極-生物膜法實現(xiàn)氨氮至氮氣的全程脫氮研究還很鮮見。本研究構(gòu)建了三維電極生物膜反應(yīng)器，采用人工配置的氨氮及硝酸氮廢水對三維電極-生物膜反應(yīng)器進行了全程脫氮的啟動試驗；在系統(tǒng)穩(wěn)定運行階段考察了C/N、電流和進水氨氮濃度對三維電極-生物膜反應(yīng)器脫氮性能的影響，并探討了三維電極-

2、生物膜反應(yīng)器全程脫氮的機理。
　　構(gòu)建了三維電極-生物膜反應(yīng)器，陽極為長度25cm，外徑1cm的惰性金屬鈦棒，陰極為高度20cm、孔徑為0.144mm的不銹鋼網(wǎng)，并在陰陽電極間填充活性炭和玻璃珠混合介質(zhì)作為第三電極，填充比例為8：2（體積比）。
　　三維電極-生物膜全程脫氮的啟動過程可分為無電流時的掛膜和通電后的馴化兩個階段。無電流時同步在陽極區(qū)培養(yǎng)硝化細菌、陰極區(qū)培養(yǎng)反硝化細菌，待系統(tǒng)內(nèi)有一定的生物量后，通直流電馴化，電流

3、從3mA逐步提升。啟動過程中，三維電極-生物膜反應(yīng)器NH4+-N轉(zhuǎn)化率和TN去除率逐步提高。
　　對三維電極-生物膜反應(yīng)器全程脫氮系統(tǒng)的啟動研究表明，在進水NH4+-N濃度為30mg/L、NO3--N濃度為35mg/L、COD為120mg/L，pH值為7、溫度為30℃、HRT為12h的條件下，經(jīng)過36d的培養(yǎng)馴化，在電流為12mA時，三維電極-生物膜反應(yīng)器NH4+-N轉(zhuǎn)化率達到90％，TN去除率達到76%，成功實現(xiàn)了三維電極-生物

4、膜反應(yīng)器全程脫氮的啟動。反應(yīng)器陽極區(qū)細菌主要呈球狀、橢球狀、短桿狀，推斷主要為硝化球菌；陰極區(qū)細菌主要呈球狀，推測為脫氮球菌，并且存在氫自養(yǎng)反硝化細菌。
　　C/N對三維電極-生物膜反應(yīng)器全程脫氮運行效果的影響研究表明，在進水NH4+-N濃度為30mg/L、NO3--N濃度為35mg/L、電流為12mA、pH值為7、溫度為30℃、HRT為12h的條件下，C/N為2、1、0.5、0時，三維電極-生物膜反應(yīng)器NH4+-N轉(zhuǎn)化率維持在9

5、6%左右，TN去除率分別為72%、67%、43%和38%?？紤]到實際應(yīng)用情況和處理成本的限制，確定最佳C/N為1。C/N較低時，有機基質(zhì)不足，氮的去除主要依賴于氫自養(yǎng)反硝化，脫氮效率較低。C/N較高時，大部分電解產(chǎn)生的氫氣供體沒有被充分利用就隨水流失，降低了電流效率。
　　電流對三維電極-生物膜反應(yīng)器全程脫氮運行效果的影響研究表明，在進水NH4+-N濃度為30mg/L、NO3--N濃度為35mg/L、C/N為1、COD為65mg/

6、L、pH值為7、溫度為30℃、HRT為12h的條件下，電流為9、12、15和18mA時，三維電極-生物膜反應(yīng)器NH4+-N轉(zhuǎn)化率分別為87%、90%、85%、73%，TN去除率分別為67%、75%、74%、78%。電流為12mA時系統(tǒng)的脫氮性能最好。電流較低時，電解產(chǎn)生的氧氣和氫氣較少，不利于全程脫氮的進行。電流較高時，陽極區(qū)的pH有可能會超出硝化細菌適宜的范圍，影響硝化作用的進行，進而影響全程脫氮的效果。
　　進水NH4+-N濃

7、度對三維電極-生物膜反應(yīng)器全程脫氮運行效果的影響研究表明，在進水C/N為1、電流為12mA、pH值為7、溫度為30℃、HRT為12h的條件下，進水NH4+-N濃度為30mg/L、40mg/L、50mg/L、60mg/L時，NH4+-N轉(zhuǎn)化率和TN去除率總體呈現(xiàn)小幅降低的趨勢，且NH4+-N轉(zhuǎn)化率和TN去除率均較低，分別為51%和40%左右。
　　對三維電極-生物膜全程脫氮機理的探討表明，三維電極-生物膜系統(tǒng)在電解、微生物、活性炭電