復三維電極-生物膜反應器脫除飲用水中硝酸鹽的試驗研究
摘要：研究了連續(xù)流復三維電極-生物膜反應器在不同電流、溫度和pH條件下的反硝化性能.結果表明,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NO3--N去除率最高,達到了73.8%,出水NO3--N濃度為8.27mg·L-1;電流高于100mA時,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NO2--N的積累最為嚴重.溫度為31~35℃時,反硝化效果較好,出水NO3--N濃度低于10mg·L-1;溫度為35℃時,NO3--N去除率最高,達到了85.5%.pH值為7.2~8.2時,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.該反應器具有較好的pH緩沖性能,進水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、溫度和進水pH還對氨氮的生成量和總磷的去除產(chǎn)生明顯影響.通過復三維電極-生物膜反應器與純電化學反應器的對比試驗,對氨氮產(chǎn)生和總磷去除的可能原因進行了分析和探討.
關鍵詞：復三維電極-生物膜反應器，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),高濃度硝酸鹽會誘發(fā)藍嬰病及其它癌癥的產(chǎn)生,對人類的身體健康構成了巨大威脅.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物的性質還會影響微生物產(chǎn)率,并產(chǎn)生大量的生物污泥.同時,若有機基質投加不足,易導致水中亞硝酸鹽氮的積累,若投加過量,則殘留的有機基質會造成二次污染.近年來,國內外學者開發(fā)了電極-生物膜脫硝反應器,該反應器利用電化學和生物化學的耦合作用,采用自然吸附法或固定化技術在陰極表面培養(yǎng)自養(yǎng)反硝化細菌,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)生反硝化反應將硝酸鹽氮還原,因此,被人們認為是適合處理飲用水中硝酸鹽的生物脫氮新工藝之一.
電化學反應是一種在電極表面上進行的非均相反應,反應物必須到達反應界面才能參與反應.單極電化學生物膜反應器由于電極面積較小,一般存在硝氮去除率較低、水力停留時間長、亞硝氮積累嚴重等問題.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器,可以增大電極表面積,促進反應物的遷移,有效提高反應速度,減少水力停留時間.此外,范彬等的研究也證實三維電極系統(tǒng)可以極大地提高電流效率.因此,筆者自行設計了一套以活性炭和石灰石的混合物為填料的復三維電極-生物膜反應器,在對其接種并培養(yǎng)馴化約40d后,研究不同電流、溫度和進水pH對反應器反硝化性能的影響,確定適宜的運行參數(shù),并探討進出水總磷濃度的變化,以期開發(fā)更高效的電極-生物膜反應器.
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