固定床-微电解反硝化去除饮用水中的硝酸盐氮

固定床-微电解反硝化去除饮用水中的硝酸盐氮曲久辉,范彬,刘锁祥(中国科学院生态环境研究中心环境水化学国家重点实验室,北京100085)摘要:研究了一种电化学与生物膜集成的固定床-微电解反应器.采用活性炭作为固定床填料,石墨板为阳极,碳纤维为阴极,通过电化学过程产氢作为反硝化的电子供体,在反应器内创造一种还原性条件,对含有硝酸盐氮的饮用水进行反硝化脱除.结果表明,在进水流量为40mL/h、硝酸盐氮浓度为40mg/L、电流强度达到14mA时,所研究的反应器对水中的硝酸盐氮可以100%去除,水中未检出亚硝酸盐氮.由于反硝化过程不加外加任何有机物,也不产生任何二次污染物,该除氮方法具有安全性.关键词:微电解;反硝化;饮用水;硝酸盐氮中图分类号:TU991.2文献标识码:A文章编号:0250-3301(2002)06-03-0105基金项目:国家自然科学基金资助项目(59978050);国家重大基础研究计划资助项目(NKBRSF-G1999045710)作者简介:曲久辉(1957～),男,博士,研究员,博士生导师.收稿日期:2001-10-22;修订日期:2002-01-09DenitrificationofDrinkingWaterwithAnActiveCarbon-Electrochemi-calBiologicalReactorQuJiuhui,FanBin,LiuSuoxiang(StateKeyLaboratoryofEnvironmentalAquaticChemistry,ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing100085,China)Abstract:Apackedbedelectrochemicalbilogicalreactorwasstudiedandutilizedfordenitrificationofdrinkingwater.Usingactivecarbonasthefilter,graphiteplateasanode,andactivecarbonfibreascathodes,anoptimumreductiveconditioninthereactorwasestablishedfordenitrificationofnitrate.Thetestresultsprovedthatbothnitrateandnitriteinthewatercouldberemovedeffectively.Atthecaseof40mL/hinflow,40mg/LofNO3-N,and14mAofcurrentdensity,a100%denitrifictionratewasachievedandnonitritewasdetected.Becausethereisnoanyadditionalpollutioninthetreatingprocess,thismethodissuggestedtobeasafetyprocessfordrinkingwaterdenitrification.Keywords:micro-electrolysis;denitrification;drinkingwater;nitrate在世界范围内,地下水的硝酸盐微污染有逐年加剧趋势[1].近年来,我国地下水中硝酸盐氮的污染日益突出,有些地区地下水中硝酸盐氮的含量已高达40mg/L(以N计),硝酸盐类化合物正在成为影响我国地下水水质的重要污染物.本文研究了一种以活性炭为填充介质的微电解产氢自养反硝化去除地下水中硝酸盐氮的方法.该工艺适宜于低浓度硝酸盐的脱除,长期运行表明脱氮率在90%以上.与外源供氢的自养生物反硝化工艺相比[3,4],微电解产氢生物脱硝工艺的氢气利用率高,并且由于主要的控制参数是反应器的电流强度,故易于实现自动化控制.同时,本方法不需外加任何营养物质,处理后的水无二次污染,具有清洁性和高效性.1原理和方法1.1原理微电解反硝化的基本原理是通过电化学过程在阴极上产生氢气,供阴极上生长的生物膜或固定的反硝化菌作电子供体,在自养的条件下进行生物反硝化[3]:2H2O+2e=H2+2OH-(e0=0.000V)(1)在阳极上可能的电极反应有:C+2H2O=CO2+4H++4e(e0=0.207V)(2)H2O=12O2+2H++2e(e0=1.229V)(3)由于反应(3)的标准电极电位比式(2)高很多,所以析氧副反应的可能性不是很大,故可使第23卷第6期2002年11月环境科学ENVIRONMENTALSCIENCEVol.23,No.6Nov.,2002反应器的阴阳极同室布置.阳极产生的二氧化碳对反