电极生物膜法反硝化脱氮的研究进展.doc

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1、电极生物膜法反硝化脱氮的研究进展摘要：电极－生物膜法是近年来才发展起来的一项新型水处理技术。在处理低浓度硝酸盐氮污染的地下水和饮用水等方面具有良好的效果。本文对硝酸盐氮污染概况及其危害和电极生物膜法研究进展概况作一说明，并对其基本原理和影响因素进行了一些理论探讨。关键词：电极生物膜法反硝化硝酸盐氮反硝化效果饮用水　　1引言　　目前，许多国家的地下水都受到不同程度的硝酸盐污染。在欧洲的一些地区，30年前硝酸盐的污染就已达到比较严重的水平，而且还在继续增长[1]。我国一些地区的地下水中的硝酸盐含量逐年增加，个别地区用作饮

2、用水的地下水中硝酸盐氮浓度已达到30mg/L。世界卫生组织规定饮用水中硝酸盐氮不超过10mg/L。推荐标准是5mg/L[2]。我国《生活饮用水水质卫生规范》规定：硝酸盐（以N计）标准是20mg/L。　　硝酸盐污染主要是由生产中大量使用化肥所致[1]。未被植物吸收或挥发的肥料中的氮以硝酸盐的形式挥发或由地表径流淋滤到地下水，这不但降低植物对氮的利用率，而且还会增加地下水中硝酸盐的浓度，使其高于饮用水中可接受的水平[3]。植物的固氮作用、家庭污水、工业废物及地下水回灌也会造成地下水硝酸盐浓度升高[2]。　　人离不开硝酸盐

3、，否则，香肠会变暗，茄子酱会发霉，奶酪会失去特有的香味和颜色[4]。但过量的硝酸盐对人体非常不利。硝酸盐会破坏细胞和组织的呼吸，从而导致血液中乳酸、胆固醇和白血球增加，蛋白质就会大量减少，血液成分的变化会引起多种疾病，从肌肉痉挛到卒中[4]。另外，硝酸盐被摄入人体后，在肠胃中被还原为亚硝酸盐，可引起人体高铁血蛋白症，并诱发癌症。一些研究还发现硝酸盐可引起动物的心脏等方面的问题[2]。由于饮用含高含量硝酸盐的地下水会给人类健康造成危害。因此，硝酸盐的去除问题已成为人们关注的焦点。　　2电极－生物膜法研究发展概况　　目前

4、脱除饮用水中的硝酸盐的方法主要有膜分离法，离子交换法以及生物反硝化法[2]。　　膜分离法对硝酸盐无选择性，几乎能去除所有的无机离子，从人类健康、成本费等方面考虑，膜法的实用性较差。8　　离子交换法是利用阴离子交换树脂中的氯离子与硝酸根离子进行阴离子交换而完成的。这样造成水中氯离子的增加。另外，再生过程中，产生高浓度硫酸盐和硝酸盐废液，会造成二次污染。　　生物反硝化法利用反硝化细菌，在缺氧条件下，将硝酸盐还原为氮气。外加碳源的异养反硝化法需向水中投加甲醇等有机物，需进行复杂的后处理除去过量的有机物。用硫作为电子供体的自

5、养反硝化法会造成出水中硫酸盐含量高。另外，外加的氢源安全性低，利用率低且成本高。而电极生物膜法在处理低浓度硝酸盐氮污染的地下水和饮用水等方面具有良好的效果。它具有处理费用低、去除率高、效果稳定、易控制等优点。　　电极生物膜法是是近年来才发展起来的一项新型水处理技术。在国外，1988年，U.Fuch等将生物处理方法与电化学方法结合起来，应用于反硝化除氮[5]。1992年，R.B.Mellor等[6]在Nature杂志上报道了利用电极－生物膜法进行反硝化的实验研究。他们将NO3-、NO2-、还原酶与某些染料基质相结合，涂

6、布在阴极表面，制成生物膜电极。并提出“电流提供反硝化还原力”、“电极生物反应器”等概念。1993年，Y.sakakibara等将脱氮细菌固定在阴极表面，对地面水和饮用水中低浓度硝酸盐进行处理，取得了很好的效果[5]。1994年，Y.sakakibara[7]又研究了阳极反应对脱氮的影响。同年，J.P.V.Flora等[8]也进行了电极生物膜法的试验研究，发现电流的增加可导致氮气产量的增加，证明了电流可促进和控制反硝化的原理。1997年，M.Kuroda等[9]通过一组试验研究了该法对COD去除的特性和氢气利用的情况。

7、结果发现细菌在进行反硝化的同时，也利用了COD。因此，电极生物反硝化法可应用于处理各种废水。1998年，Z.Feleke等[10]研究了在不同的电流下，水中N03－和其他离子（如Ca+，Na+，SO42-，Cl-）浓度的变化情况。结果发现：Na+,SO42-,Cl-离子浓度几乎没有变化，脱氮率随电流的不同从0到100%变化，Ca+，Mg+因形成沉淀而沉积在电极上，这会阻碍反硝化作用的进行，但改变电极的极性，Ca+，Mg+会重新释放到水中。2001年，T.Watanabe等[11]也进行了电极生物膜法的试验研究，结果发

8、现：水中pH值维持中性，水中硝酸盐和铜离子得到去除。　　在国内，对电极－生物膜法工艺的研究起步较晚。1996年，高廷耀等[12]通过试验得出：在－反硝化反应器中，当电流密度i<0.14mA/cm2时，反硝化速度随电流的增加而增加，进水DO<2.5mg/L时，DO对间歇式处理的反硝化速率不产生明显影响。1997年，黄民生[13]对具有