三維電極生物膜反應(yīng)器全自養(yǎng)脫氮的研究.pdf

1、電極生物膜法脫氮技術(shù)較傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)而言，具有脫氮效率高、操作簡(jiǎn)便、產(chǎn)物清潔等優(yōu)點(diǎn)，適合處理低C/N的氨氮廢水和硝態(tài)氮廢水。本論文在設(shè)計(jì)優(yōu)化三維電極生物膜反應(yīng)器的基礎(chǔ)上，研究了反應(yīng)器啟動(dòng)階段的微生物掛膜與馴化過(guò)程、及其脫氮性能，探討了電化學(xué)作用和在反應(yīng)器中填充第三電極對(duì)系統(tǒng)脫氮性能的影響。
　　 本論文首先構(gòu)建了一個(gè)三維電極生物膜反應(yīng)器：金屬鈦棒為陽(yáng)極，活性炭纖維氈為陰極，活性碳顆粒為第三電極，陰陽(yáng)極區(qū)之間采用醋酸纖維膜分隔。

2、反應(yīng)器中陽(yáng)極區(qū)的好氧環(huán)境發(fā)生硝化反應(yīng)，陰極區(qū)的缺氧厭氧環(huán)境發(fā)生反硝化反應(yīng)。
　　 在啟動(dòng)電極生物膜反應(yīng)器的過(guò)程中，控制進(jìn)水NH4+-N濃度為30mg/L，pH維持在7.8左右，溫度為30℃，運(yùn)行周期24h，經(jīng)過(guò)100d的培養(yǎng)馴化，在電流為30mA時(shí)反應(yīng)器陰極區(qū)出水氨氮轉(zhuǎn)化率達(dá)到62％，TN去除率為59％，出水NO3--N濃度小于1.0mg/L，無(wú)NO2--N累積，成功實(shí)現(xiàn)了三維電極生物膜反應(yīng)器全自養(yǎng)脫氮的啟動(dòng)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中電極生物

3、膜反應(yīng)器的運(yùn)行受電流強(qiáng)度影響較大，電流強(qiáng)度改變會(huì)直接引起反應(yīng)體系中的DO和pH環(huán)境的變化。
　　 反應(yīng)器成功啟動(dòng)后，提升進(jìn)水氨氮負(fù)荷，研究該系統(tǒng)處理氨氮廢水的能力，再將進(jìn)水由氨氮轉(zhuǎn)換為硝態(tài)氮，研究系統(tǒng)處理硝態(tài)氮廢水的能力。結(jié)果表明，在電流強(qiáng)度30mA的條件下，當(dāng)進(jìn)水NH4+-N濃度小于70mg/L時(shí)，出水氨氮轉(zhuǎn)化率能達(dá)到85％以上，總氮去除率大于70％，硝態(tài)氮含量略有上升；當(dāng)進(jìn)水轉(zhuǎn)換為濃度為30mg/L的NO3--N時(shí)，反應(yīng)器運(yùn)

4、行24h，NO3--N去除率達(dá)到75％，無(wú)亞硝態(tài)氮積累，具有較好的脫氮性能。實(shí)驗(yàn)中在最大有效電流強(qiáng)度為30mA的條件下，反應(yīng)器電流效率能達(dá)到200％以上。
　　 在運(yùn)行穩(wěn)定的三維電極生物膜系統(tǒng)中，電化學(xué)作用和第三電極作用對(duì)其脫氮效果影響顯著。電化學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在處理氨氮廢水時(shí)，前2h受電化學(xué)氧化作用影響較大，2h后電化學(xué)氧化作用影響減弱，改為由生物作用影響起主導(dǎo)，2h后的氨氮去除反應(yīng)為一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)。經(jīng)電化學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，在本

5、實(shí)驗(yàn)控制運(yùn)行條件下電化學(xué)氧化去除氨氮占電極生物膜法總?cè)コ?％左右。電極生物膜反應(yīng)器在處理硝態(tài)氮廢水時(shí)，受電化學(xué)還原作用影響不顯著，但能觀察到較明顯的電場(chǎng)遷移作用，陰極區(qū)硝酸根離子在電場(chǎng)作用下遷移至陽(yáng)極區(qū)，導(dǎo)致陽(yáng)極區(qū)NO3--N濃度上升。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，電場(chǎng)遷移作用所引起的陰極區(qū)出水硝酸鹽濃度的降低，約占電極生物膜反應(yīng)器處理硝酸鹽廢水總?cè)コ康?％。此外，第三電極研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在反應(yīng)器陰極區(qū)填充第三電極能提高系統(tǒng)脫氮性能50％左右。其影