电极生物膜法反硝化脱氮的研究进展论文

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1、电极生物膜法反硝化脱氮的研究进展论文摘要：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，个别地区用作饮用水的地下水中硝酸盐氮浓度已

2、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/L2。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.freelA/cm2时，反硝化速度随电流的增加而增加，进水DO2.5mg/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53CD硝化能力的氢细菌的基本特性进行了系统

3、的总结。1999年，彭永臻14等提出了电极－生物膜法工艺的过程控制方法和在线模糊控制系统，并系统地介绍了电极—生物膜脱氮法模糊控制器的设计及其计算机算法。同年，邱凌峰15采用电极－生物膜法和单纯生物膜法分别对微污染源水进行脱氮预处理。结果表明：在相同条件下，前者相对于后者而言，有更高的反硝化效率，并能很好控制水中亚硝酸盐的生成。2001年，范彬1等研究了以无烟煤和以颗粒活性炭为介质的复三维电极－生物膜反应器脱除饮用水中硝酸盐的工艺。实验表明：两种介质的反应器在不加任何有机基质时都能有效地脱除水中的硝酸盐。2002年，曲久辉16等研究了一

4、种电化学与生物膜集成的固定床—微电解反应器。2003年，王海燕17研究了无烟煤作填充介质时其粒径对复三维电极-生物膜反应器脱硝效果的影响。他们选择两种具有代表性的无烟煤粒径：平均粒径分别为1.9mm和4.0mm，研究两种粒径介质的反应器出水中的N03--N，N02--N，pH变化，并对电流效率及处理负荷进行对比。同年，郭一令18等采用旋转电极型生物(BERC)脱氮，对以氢气作为电子供体的自养反硝化进行了研究。3电极生物膜法的基本原理探讨电极生物膜法采用固定化技术将微生物固定在电极表面，形成一层生物膜，然后在电极间通入一定的电流，在阴极产

5、生的氢气被固着在阴极上的反硝化菌所高效利用，碳阳极的氧化产物有利于中和OH-,降低pH值，增强厌氧环境，有利于生物的脱氮5。电极生物膜法充分结合电化学法和生物膜法，其原理包括电化学原理和生物原理。3.1电化学原理电极生物膜法充分利用了电化学作用，其基本过程是：在电极之间通入一定的电流，在阴极产生氢气，在阳极产生二氧化碳，产生的气体分别为反硝化菌提供氢源和碳源。地下水或饮用水中一般含：H+,OH-,Cl-,Ca2+,Mg2+,Na+,NO3-等基本离子。则在阴极上可能存在的反应式：Ca2++2e=Cae=-2.868VMg2++2e=Mg

6、e=-2.372VNa++e=Nae=-2.71V2H++2e=H2e=0VNO3-+2H++e=NO2+H2Oe=0.799VNO3-+4H++2e=NO+2H2Oe=0.957V阳极上可能存在的反应式：2Cl-=Cl2+2ee=1.35V20C+2H2O=CO2+4H++4ee=0.207V4OH-=O2+2H2O+4ee=0.401V在电极上先析出何种产物取决于多种因素，如这种离子的浓度，超电势等等，热力学告诉我们：在阳极进行的氧化反应的首先是析出电势（考虑超电势等因素后的实际析出电极电势）代数值小的还原态物质；在阴极上进行还原反

7、应的首先是析出电势代数值较大的氧化态物质。基于这一原理，则有：①在阴极上，电极电势很小的金属离子如Ca2+，Na+等在阴极不易被还原。虽然，都大于，但NO3-离子很难接近阴极，阴极附近NO3-浓度很低，使得NO3-的析出电位小于H+的析出电位，故在阴极上，H+首先得到电子被还原成氢气。以反应：2H++2e=H2为主。②在阳极上，=10-7，=Pφ,=Pφ。不考虑超电势，则有：＝－＝0.207－＝－0.206V=－=0.401－＝0.814V＜，且远小于，故在阳极上，碳棒将被氧化，析出二氧化碳，以反应：C+2H2O=CO2+4H++4e为

8、主。这样在阴极产生的氢气，在阳极产生的二氧化碳就为自养反硝化菌进行自养反硝化提供必要的氢源和碳源。3.2生物原理电极生物膜法主要是培养出具有反硝化能力的自养细菌将硝酸盐转化为氮气，达到脱氮的目的。反硝化细菌