电极生物膜法应用于微污染源水预处理反硝化环节的试验研究

文章编号：1000-2243（2000）02-0116-05电极生物膜法应用于微污染源水预处理反硝化环节的试验研究邱凌峰1，陈远铭2（1.福州大学环境与资源工程系，福建福州350002；2.福州市环境监测站，福建福州350003）摘要：采用电极生物膜法对微污染源水进行脱氮预处理.该法利用微电解水产生的H+，通过电场力吸引作用，在穿过阴极板上所挂生物膜的过程中，提高了其中的反硝化细菌所需供氢体的浓度，进而提高反硝化效率.研究结果表明：电极生物膜法相对于相同生物量的单纯生物膜法而言，有更高的反硝化效率，并能很好控制水中亚硝酸盐氮的生成.关键词：电极生物膜法；反硝化；预处理中图分类号：X703文献标识码：A!电极生物膜原理电极生物膜法用于去除亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的研究已见有关报道［1-4］.同单纯的生物膜法相比，电极生物膜法的优点主要体现在利用电极上，一是利用电极作为生物膜的载体，二是利用电场微电解水释放出的H+为反硝化菌提供电子受体.其原理如图1所示，一方面，由于H+是从生物膜外因电场吸引力作用穿透生物膜向内扩散的，所以生物膜中的微生物能高效利用H+进行反硝化作用［2］；另一方面，阴极板上产生的氢气又通过生物膜溢出，在生物膜附近形成了缺氧环境，有利于反硝化菌的生长.试验方法1）试验装置试验中的电极生物膜反应池为有机玻璃长方体，其有效尺寸（高>宽>厚）为：18.4cm>7.4cm>4.4cm，有效体积为0.6L，其中的3块电极有效尺寸为18.4cm>7.4cm>0.1cm，极板间距为2.0cm；电极所占空间体积40.8cm3.试验装置如图2所示.2）模拟源水配制以模拟配水为源水，为尽可能使其同实际源水成分相近，在配水过程中配加土壤浸泡液.具体步骤如下：按试验所需量取自来水，将其放置过夜以减小自来水中余氯的影响，然后按比例添加相应的化学试剂，再配加一定量的浸泡液使各指标达到所需的浓度范围.模拟源水中各指标的配制浓度如表1所示.参数范围的选择是参考上海闵行、浙江宁波、江苏无锡等地实际微污染源水的平均指标（氨氮1!2mg／L、亚硝酸盐氮0.1!0.3mg／L、硝酸盐氮3.5!4.5mg／L、OC10.0mg／L）.在试验中，为便于研究硝酸盐氮浓度变化对去除效果的影响，将硝酸盐氮的参数范围相应扩大.收稿日期：1999-09-06作者简介：邱凌峰（1971-），男，助教，硕士.第28卷第2期福州大学学报（自然科学版）Vol.28No.22000年4月Journaloffuzhouuniversity（Naturalscience）Apr.2000图1电极生物膜法利用H+的过程示意图图2电极生物膜法脱氮试验装置图表1模拟源水中各指标浓度的参数范围物质名称氨氮亚硝酸盐氮硝酸盐氮CODMH（OC）!／mg·L-10.9!1.10.2!0.58!209!113）测试项目及其方法氨氮：纳氏试剂分光光度法；硝酸盐氮：酚二磺酸比色法；亚硝酸盐氮：N-（1-萘基）-乙二胺盐酸盐比色法；耗氧量（OC）：酸性高锰酸钾法.4）挂膜过程采用动态人工接种挂膜法，连续进水（流量从0.4L／h缓慢增加至0.6L／h）同时接通电源，电压2!3V，电流20mA.从实际效果来看，该法挂膜速度较快，大约10d后，对硝酸盐氮去除率为50%.挂膜后菌体附着在电极板上，其中阳极板上几乎没有菌体，而两块阴极板面向阳极板一侧长有淡黄色的生物膜，而另一侧仅有少量生物膜.相对单纯生物膜法中填料上生长状况而言，电极板上的生物膜生长十分迅速，而且附着力很强.取样进行显微镜观察，发现生物膜中含有反硝化杆菌、原生动物、藻类及其他杂质，其种类及数量丰富.5）试验方法试验中选取进水中所含硝酸盐氮浓度作为工况划分的依据：工况A硝酸盐氮浓度8!10mg／L；工况B硝酸盐氮浓度15!20mg／L.在每种工况中各取4种电流：0，20，40，60mA.两个工况的进水流量均为0.6L／h，即装置的水力停留时间（HRT）均为1h.!结果与讨论!.工况A在进水硝酸盐氮浓度为8!10mg／L条件下，测定不同电流时亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的去除率，各测定5组数据，其平均值见图3、图4.从图3和图4可以看出：1）电极生物膜法对水中亚硝酸盐氮的去除率可达85%!95%，远远胜过相同生物量的单纯生物膜法（即图中电流为0的工况点）；同时，硝酸盐氮去除率也较高，可达60%!80%，也高于不加电流时的生物膜法.试验数据验证了前面所做的原理分析.2）电流密度越大，反硝化去除亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的效率越高，在电流为60mA的条件下反硝化效率比20mA提高达20%.这是因为电流密度增大时，极板间电压增高，阴极板上第2期邱凌峰等：电极生物膜法应用于微污染源水预处理反硝化环节的试验研究·!#·可以提供的电子数量增多，相应前来中和的H+数量也增多，生物