电极- 生物膜法在生物脱氮处理中的潜力

这些工艺利用亚硝酸型反硝化和厌氧氨氧化来缩短氮的转化过程, 达到能量和电子供体的节省。与之不同, 电极- 生物膜法是另一种极具潜力的脱氮方法。该技术利用氢自养菌进行反硝化, 在少量或不投加有机碳源的条件下, 能够实现对NOx- 和部分有机物的去除。由于产物清洁, 不会增加出水负担; 更重要的是, 它克服了外部直接供氢气造成

生物膜法

的剩余气体流失和不易操作等弱点, 将复杂的生物化学反应过程用简单的电流调节进行控制, 操作起来非常方便。
1 生物膜- 电极法原理及其应用
在微电解- 生物反应器内, 通过固定在阴极表面的自养型微生物, 利用电解水产生的氢( 分子氢或者活性原子氢) 作为电子供体, 进行反硝化脱氮作用。电解产生的强氧化还原物质为生物生长繁殖提供适宜的环境, 生物利用电解产物, 促进电解反应进行。电极与生物之间存在协同作用。通过简单的电流调节可以实现对复杂生物反应的控制。最初的电极- 生物膜反应器( 简称BER) 是将NO3- 、NO2- 、N2O 还原酶与某些染料基质混合后涂
布于阴极表面, 用于增强反硝化作用。其后的研究集中在反硝化菌阴极固定用于地下水、饮用水以及有机物浓度不高的废水中NO3- 的处理。国内目前也在反应器设计、菌种驯化和固定、以及同其它工艺的结合等方面开展了一些研究。由于充分结合了微生物固定生长和电解法的强氧化还原能力, 同时又利用了生物膜与电极间的高效传质作用, 该技术不仅能有效地去除氮氧化物, 降解COD, 而且还能使系统的除磷性能得到强化。在高浓度苯胺废水、铜酸洗废水等难生物降解废水的处理方面也很有潜力。

生物膜法在生物脱氮处理的应用

2 工艺构成与影响因素
从电极材料上看, BER 的阳极可以参与反应也可以是惰性材料。消耗型阳极会因参与电解而溶出, 一般考虑的是让其电解产物能为生物所用或者对整个体系有利。研究较多的是石墨和活性炭, 此类电极在长期运行时容易造成出水有色度。惰性阳极通常为镀层金属, 这种材料导电性能好, 但造价较高。就已经开展的研究而言, 此类电极大部分限于传递电流, 并没有得到充分利用。阴极材料通常采用活性炭纤维(ACF) 或金属。ACF 导电性良好,但不易固定, 所以经常包在石磨棒外面用来增大比表面积。金属材料起初采用表面固定反硝化菌的不
锈钢板; 后来发展为片状膨胀金属, 金属表面布满蜂窝, 多级平行布置并在中间填充活性炭颗粒或其它介质来增加比表面积以便生物附着。

解氧。电流对反硝化速率的影响分为所谓的线性区、稳定区和衰减区[6]。在线性区( 产氢速率小于消耗速率) , 氢是反应的限制条件。NO3- 去除效率随电流, 即产氢量的增加线性上升。该区域内电流对反硝化菌的生长繁殖为促进作用。张乐华等人[11]的实验表明, I = 75 mA, 阴极反硝化菌数量比不加电极时增加1 倍多; 反硝化速率增长31%。

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