復(fù)三維電極-生物膜反應(yīng)器脫除飲用水中硝酸鹽的試驗(yàn)研究
摘要：研究了連續(xù)流復(fù)三維電極-生物膜反應(yīng)器在不同電流、溫度和pH條件下的反硝化性能.結(jié)果表明,在電流從0mA增加至100mA的過程中,NO3--N去除率隨電流增大而升高;電流為100mA時(shí)NO3--N去除率最高,達(dá)到了73.8%,出水NO3--N濃度為8.27mg·L-1;電流高于100mA時(shí),NO3--N去除率略有下降.電流從0mA增加至150mA的過程中,NO2--N積累量先增加后減少;電流為60mA時(shí)NO2--N的積累最為嚴(yán)重.溫度為31~35℃時(shí),反硝化效果較好,出水NO3--N濃度低于10mg·L-1;溫度為35℃時(shí),NO3--N去除率最高,達(dá)到了85.5%.pH值為7.2~8.2時(shí),反硝化效果較為理想,出水NO3--N濃度在10mg·L-1以下,NO2--N濃度低于1mg·L-1.該反應(yīng)器具有較好的pH緩沖性能,進(jìn)水pH從5.5上升至9.0的過程中,其出水pH可維持在7.6~8.2,NO3--N去除率在59.6%~80.2%.此外,電流、溫度和進(jìn)水pH還對(duì)氨氮的生成量和總磷的去除產(chǎn)生明顯影響.通過復(fù)三維電極-生物膜反應(yīng)器與純電化學(xué)反應(yīng)器的對(duì)比試驗(yàn),對(duì)氨氮產(chǎn)生和總磷去除的可能原因進(jìn)行了分析和探討.
關(guān)鍵詞：復(fù)三維電極-生物膜反應(yīng)器，反硝化，除磷，電流，溫度，pH
飲用水中的硝酸鹽污染已成為比較普遍的環(huán)境污染問題.研究發(fā)現(xiàn),高濃度硝酸鹽會(huì)誘發(fā)藍(lán)嬰病及其它癌癥的產(chǎn)生,對(duì)人類的身體健康構(gòu)成了巨大威脅.目前,常用的脫除飲用水中硝酸鹽的方法是異養(yǎng)生物反硝化,但該方法一般需要投加有機(jī)物(如甲醇、乙醇、醋酸等),因而處理成本較高,另一方面所投加有機(jī)物的性質(zhì)還會(huì)影響微生物產(chǎn)率,并產(chǎn)生大量的生物污泥.同時(shí),若有機(jī)基質(zhì)投加不足,易導(dǎo)致水中亞硝酸鹽氮的積累,若投加過量,則殘留的有機(jī)基質(zhì)會(huì)造成二次污染.近年來,國(guó)內(nèi)外學(xué)者開發(fā)了電極-生物膜脫硝反應(yīng)器,該反應(yīng)器利用電化學(xué)和生物化學(xué)的耦合作用,采用自然吸附法或固定化技術(shù)在陰極表面培養(yǎng)自養(yǎng)反硝化細(xì)菌,在低壓直流電作用下,陰極表面的反硝化菌以電解水產(chǎn)生的氫氣為電子供體,發(fā)生反硝化反應(yīng)將硝酸鹽氮還原,因此,被人們認(rèn)為是適合處理飲用水中硝酸鹽的生物脫氮新工藝之一.
電化學(xué)反應(yīng)是一種在電極表面上進(jìn)行的非均相反應(yīng),反應(yīng)物必須到達(dá)反應(yīng)界面才能參與反應(yīng).單極電化學(xué)生物膜反應(yīng)器由于電極面積較小,一般存在硝氮去除率較低、水力停留時(shí)間長(zhǎng)、亞硝氮積累嚴(yán)重等問題.而在傳統(tǒng)二維電解槽中裝填一定體積的規(guī)則填料使之成為三維電極反應(yīng)器,可以增大電極表面積,促進(jìn)反應(yīng)物的遷移,有效提高反應(yīng)速度,減少水力停留時(shí)間.此外,范彬等的研究也證實(shí)三維電極系統(tǒng)可以極大地提高電流效率.因此,筆者自行設(shè)計(jì)了一套以活性炭和石灰石的混合物為填料的復(fù)三維電極-生物膜反應(yīng)器,在對(duì)其接種并培養(yǎng)馴化約40d后,研究不同電流、溫度和進(jìn)水pH對(duì)反應(yīng)器反硝化性能的影響,確定適宜的運(yùn)行參數(shù),并探討進(jìn)出水總磷濃度的變化,以期開發(fā)更高效的電極-生物膜反應(yīng)器.
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