电极生物膜法脱氮技术研究进展

第34卷第1期(总第196期)2012年1月三峡环境与生态EnvironmentandEcologyintheThreeGorgesVo1．34No．1(Sum．No．196)Jan．2012电极生物膜法脱氮技术研究进展杨琳，郭劲松，唐金晶，方芳，陈猷鹏(重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室，重庆400045)摘要：电极生物膜法具有较强的脱氮能力，在水处理技术中有独特的应用潜力。根据已有的研究成果，对电极生物膜法的发展起源及近2O年来的研究应用进行总结，指出电极生物膜法反硝化脱氮和全程硝化一反硝化脱氮的原理与电极材料的选取有关，探讨了影响电极生物膜法脱氮性能的因素，主要有电流强度，pH，DO，温度等，并对电极生物膜法未来的研究方向进行了展望。关键词：电极生物膜法；脱氮；原理；影响因素中图分类号：x703．1文献标识码：A文章编号：1674—2842(2012)01-0052—04ReviewonDenificationbyElectrode—BiofilmProcessYANGLin，GU0Jin—song，TANGJin—jing，FANGFang，CHENYou—peng(KeyLaboratoryofThreeGorgesReservoirRegion’8Eco—Environment，ChongqingUniversity，Chongqing400045，China)污水处理技术传统脱氮工艺主要有化学法和生物法。化学沉淀法简单，但产生的化学污泥难处理，脱氮效率较低。相比而言，生物脱氮法运行方式灵活，但工艺复杂，而且脱氮效率也不是很理想。近年来，一种将化学法和生物法相结合的新工艺电极生物膜法逐渐发展起来。该方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，然后在电极问通以一定的电流，使污染物在生物和电化学双重作用下得到降解l_1]。相对于其它成熟的废水处理技术，电极生物膜法提出的年代较晚，目前在国内外尚处于发展阶段。该工艺可处理水质范围较宽，易于维护管理运行，脱氮效果好，占地面积小，产物清洁，收稿日期：2O1l一11—15基金项目：国家重大水专项(2009ZX07104—002)，教育部重大项目(308020)，中央高校基本科研业务费(CDJZR11210002)。作者简介：杨琳(1987一)，女，重庆万州人，硕士研究生，主要从事水污染控制理论与技术研究。E—mail：20091702132@cqu．edu．cn。通讯作者：郭劲松(1963一)，男，教授，博导，E—mail：Guo0768@126．corn具有良好的发展前景。目前，电极生物膜法脱氮处理的对象主要针对硝态氮微污染水[2。]，反应主要是利用阴极产生的氢气对硝态氮进行反硝化脱氮[5]。此外，电极生物膜法也可用于处理高浓度氨氮废水，充分利用反应器中阳极产生的氧气，实现阳极的硝化与阴极的反硝化，完成从氨氮到氮气的全程脱氮]。1电极生物膜法脱氦原理在电极生物膜反应器中，以碳作为阳极和阴极，当两电极间加上电压之后，根据电化学的原理，阳极和阴极发生电化学反应。固着在阴极表面的反硝化细菌主要为氢自养反硝化细菌，利用电解水产生的氢(分子氢或者活性原子氢)作为电子供体口，进行反硝化脱氮，发生的反应有：电化学2HO+2e—H2+2OH一(1)生物膜NO。一十H一HO+NO2一(2)uoH珀．‰一．晰～唧～一～～一一m嘲帕∞．重一噼l至．Ⅲh吡～一～一一一一．．曲一～～一～一一一一～的眦1㈨一一～～一一一一一一一～一～一一～～～～一一一～～一～一一一一～～n—～～～一一～～～～～～一一～一一1期(总第196期)杨琳，等：电极生物膜法脱氮技术研究进展532NO2一+2H2+2H一N2O+3H2O(3)N2O+H2一N2+H2O(4)碳阳极上还会产生c0为其提供无机碳源，自养反硝化菌就可以利用水体中的NO一进行反硝化脱氮。水体中若存在有机碳源，则阴极表面生物膜中的微生物除了自养反硝化菌外还存在异养反硝化菌，异养反硝化细菌利用有机碳源作为碳源，氢气作为电子供体，完成反硝化作用。电极生物膜反应器中，当改变阳极碳质材料为惰性金属材料时，电极反应以析氧为主。在反应器中将阳极与阴极采用膜L1¨或其它方式分隔，阻隔阳极产生的氧进入到阴极区，同时可充分利用阳极区好氧环境，培养硝化细菌，即可在同一反应器中充分利用阳极区硝化、阴极区反硝化处理氨氮废水，完成全程脱氮。此过程阳极发生的反应有：电化学H2o一1／2O+2H+2e一(5)生物膜2NH4+302—2NO2一+2H2O+4H(6)2NO2一+O2—2NO3一(7)电极生物膜法是在介质、电化学反应和微生物协同作用下完成的，任何一种作用的优化都会提高反应器的脱氮效能。研究电化学生物膜反应器各部分的