电极生物膜法处理低碳氮比污水研究进展及应用

在当前世界碳达峰、碳中和的可持续发展要求下需要进行碳减排。投加碳源以强化微生物处理低碳氮比污水的方式需要改变,以减少生物反硝化脱氮过程产生的N_(2)O、CO_(2)等温室气体量。电极生物膜法脱氮过程中以氢作为电子供体还原硝态氮,不产生温室气体以及引入新的污染,是处理低碳氮比污水的一种优选方法。本文综述了电极生物膜法处理低碳氮比污水的优势以及应用,以期从低碳氮比污水处理角度对节能减排提供借鉴。

三维电极生物膜-硫自养耦合脱氮系统中反硝化细菌多样性研究

通过对比运行三维电极生物膜-硫自养耦合脱氮系统和常规三维电极生物膜工艺,并运用反硝化基因nir S克隆文库方法,研究了耦合脱氮系统脱氮性能和反硝化细菌的多样性,为揭示耦合脱氮系统反硝化机理和优化系统运行参数提供参考.研究结果表明:三维电极生物膜与硫自养耦合脱氮系统具有较高的脱氮效率和平衡系统酸碱度的能力.系统中反硝化菌群的Shannon-Wiener指数和Simpson指数分别为2.436和0.894;Beta proteobacteria在耦合脱氮系统中起主导作用;有35个克隆子(61.49%)与陶厄氏菌属(Thauera)有较高的同源性;脱氮硫杆菌(Thiobacillus denitrifican)的比例为3.5%;11个克隆子(19.29%)与食酸菌属(Acidovorax)有一定的同源性.说明当耦合系统碳源充足时,脱氮作用主要以异养反硝化过程为主,以单质硫和氢为电子供体的自养反硝化脱氮作用也占有一定比例.

电极生物膜法反硝化工艺条件及过程

为获得具有良好反硝化性能的电极生物膜,以活性污泥为出发菌株,分别以连续和间歇培养方式在石墨电极上生长电极生物膜,研究碳氮比、电流强度、pH等工艺条件对电极生物膜反硝化过程的影响.结果表明:当碳氮比小于3.0时,体系的反硝化速率与碳氮比成正比;而在3.0以后,反硝化速率的增长开始趋于缓慢;电流强度为20mA时,硝酸盐去除效率达到最大值9.26mg/(L.h),继续加大电流,硝酸盐的去除率降低;当pH等于7时,硝酸盐氮的去除负荷最大,为7.89mg/(g.h),而pH小于或大于7时,生物膜的反硝化性能均有所降低.对单纯电极法、单纯生物膜法和电极生物膜法进行比较研究,证明电极生物膜法对硝酸盐的去除是电与生物膜共同作用的结果.

电极生物膜法脱除地下水中硝酸盐氮的影响因素研究

采用电化学生物膜法对模拟地下水中的硝酸盐污染进行去除,研究了温度、进水pH、水力停留时间(HRT)和电流强度对电极生物膜反应器(BER)反硝化脱氮性能的影响.研究结果表明:20d左右反应器成功启动,电镜扫描显示阴极表面被大量微生物覆盖;在13.6～34.0℃时,NO3--N的去除效率随温度升高而上升;BER对进水pH冲击具有较强的缓冲能力,在6.25～8.27内NO3--N的去除效率可保持在85%以上;最佳HRT为9h,此时NO3--N去除率不低于85%;电流强度从13mA提高到102mA过程中,NO3--N的去除率不断增加,最后保持稳定,电流强度为78～102mA时,反硝化效果较好,NO3--N去除率大于85%,且没有NO2--N的积累现象.过高的电流强度会加速阳极碳棒的溶解.

微电解-电极生物膜法在污水深度处理中的应用

为考察微电解-电极生物膜法的污水深度处理效果,以受污染河水为处理对象,以碳素纤维作为微电解和电极生物膜的电极材料,研究微电解和电极生物膜的污水处理特点及运行条件.结果表明:微电解可有效去除污水中PN(颗粒态总氮)、PP(颗粒态总磷)、DTP(溶解性总磷)和NH3-N,去除率分别达到94%、95%、93%和98%;其中DTP的去除以与微电解产生的Fe2+的沉淀反应为主,NH3-N的去除以硝化反应为主.微电解提高了有机物的去除率,但对DTN(溶解性总氮)的去除率较低.电极生物膜能有效去除污水中的NO3--N,对不同进水水质的适应性较强,脱氮以自养反硝化为主,异养反硝化可有效去除剩余有机物,ρ(NO3--N)低于45.0 mgL的污水经过电极生物膜处理后,NO3--N可被完全去除.在HRT(水力停留时间)为8 h、电流密度为0.10 m Acm2的条件下,微电解-电极生物膜法对各种污染物去除效果显著,工艺运行稳定,出水ρ(TN)和ρ(CODMn)平均值均低于0.5 mgL,ρ(TP)低于0.05 mgL,浊度小于1.0 NTU,可实现污水的深度处理.

电流对三维电极生物膜耦合硫自养脱氮工艺的影响

针对污水处理厂尾水TN去除问题,研究了电流对三维电极生物膜耦合硫自养脱氮工艺(3DBER-S)脱氮性能及菌群结构的影响.运行结果表明:在进水pH为7.0~7.5,ρ(NO_3^--N)为35 mg/L,ρ(C)/ρ(N)为1,HRT为12h条件下,电流由60 mA增大到800 mA,NO_3^--N和TN去除率变化不明显,分别稳定在87%和76%左右;随电流增大,体系氢自养反硝化作用所占比例由22.8%逐渐上升到74.4%.基于nirS基因的克隆文库结果表明:3DBER-S中与异养、硫自养和氢自养反硝化功能菌属相似的细菌均占有一定比例;随电流增大,与氢自养反硝化功能菌属相似的细菌所占比例增大.该体系中存在异养、氢自养和硫自养反硝化协同去除硝酸盐氮的作用,维持了稳定高效的脱氮效果,且增大电流利于氢自养反硝化作用的增强.

电极生物膜反应器中同步硝化反硝化的研究

为研究分隔式电极生物膜反应器(C-BER)在限氧条件下的硝化/反硝化,溶氧质量浓度约1mg/L时考察了低碳氮比时微电解对脱氮效果的影响。发现脱氮作用主要为同步硝化反硝化(SND)。碳氮的量比为1,电流为5mA和15mA时的平均TN去除率分别为33%和45%;碳氮的量比为0.5,电流为25mA并将30%出水回流,TN去除率可达60%,其中自养反硝化脱氮占51%。碳氮的量比为1,电流为15mA时,NH3-N去除率约为50%。碳氮的量比为0.5,电流25mA,NH3-N去除率增加到70%。两极之间SND脱氮量占总氮去除的64%。试验表明,提高电流和出水回流都有利于限氧条件下发生SND;微电解能促进硝化和反硝化作用。

电极生物膜法反硝化的试验研究

在电极生物膜反硝化反应器中,当电流密度i≤0.14mA/cm^2时,反硝化速度随电流的增加而增加。进水DO≤2.5mg/L时,对间歇式处理的反硝化速率不产生明显影响。

电极生物膜自养脱氮系统中的电化学作用

设计构建三维电极生物膜反应器,成功启动后稳定运行,在全自养条件下能较好地处理低碳氮比含氮废水.结果表明,在进水不含有机碳源,电流强度为30 mA,电流密度为0.012 mA·cm-2,运行周期24 h的实验条件下,反应器处理进水氨氮浓度为30 mg·L-1的废水时,氨氮转化率达到了90.3%,总氮去除率为70.0%;处理进水硝态氮浓度为30 mg·L-1的废水时,硝态氮去除率达到了82.7%.在考察电极生物膜反应器脱氮性能的同时,探讨系统中纯电化学作用的脱氮能力.结果显示电极生物膜处理氨氮废水的系统中,纯电化学脱氮作用为系统总脱氮能力的10%左右;而处理硝态氮废水的电极生物膜系统中,无电化学还原去除NO-3-N作用.

溶解氧对电极生物膜反硝化性能的影响

为确定溶解氧对电极生物膜反硝化性能的影响,设计并运行了一套"电解-电极生物膜反应器"(ER&BER),研究电化学反应器(ER)的电解电流强度对电极生物膜反应器(BER)进水溶解氧(DO)质量浓度及反应器内DO质量浓度梯度的影响.结果表明,电化学反应和微生物的呼吸共同影响BER中DO的消耗.分别单独改变和连续改变ER系统内的电解电流,测定BER系统内阴极区溶解氧质量浓度以及硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的去除情况.研究发现,BER系统阴极区溶解氧均低于2 mg/L,进水中溶解氧质量浓度提高使阴极区溶解氧也略有提高,这对硝酸盐氮的去除没有明显影响,而使亚硝酸盐积累略有增加.通过透射电镜观察DO对生物膜上微生物生物相的影响,初步发现DO质量浓度的变化会引起生物相的一些变化.

电极生物膜脱氮工艺中反硝化菌相分析

对电极生物膜反硝化脱氮反应器中存活的反硝化菌进行了初步的分离及菌相分析研究 ,实验共分离出4 0株菌株 ,通过对菌株的形态观察及生理生化特征的研究表明 ,这些菌株分别属于假单胞菌属 (Pseudomonas) ,不动杆菌属 (Acinetobacter) ,肠杆菌科 (Enterobacteriaceae) 3个属 ,肠杆菌科、假单胞菌属为主要优势菌 ,占总鉴定菌数的 82 .5 %。在异养环境中分离的 2 4个菌株中 ,肠杆菌科为优势菌 ,具有反硝化能力的有 18株 ,占 75 % ;反硝化能力强的有 8株 ,占 33.3%。在自养环境中分离的 16个菌株中 ,假单胞菌属为优势菌 ,其中具有反硝化能力的有12株 ,占 75 % ;反硝化能力强的有 8株 ,占 5 0 %

新型三维电极生物膜工艺强化脱氮除磷特性研究

为提高三维电极生物膜工艺脱氮效率,本文通过添加海绵铁和硫磺改变三维电极生物膜反应器内部结构,将其分为前后两段,分别是前段"海绵铁+活性炭"阶段;后段"硫磺+活性炭"阶段,并探讨了新型三维电极生物膜反应器脱氮除磷特性.结果表明,在相同实验条件下,新型三维电极生物膜反应器脱氮除磷效果优于传统三维电极生物膜反应器,TN和NO-3N的去除率达到80%和92%,总磷去除率稳定在95%以上且出水水质稳定.

电极生物膜法全自养系统处理氨氮废水性能研究

采用自制三维电极生物膜反应器进行脱氮试验,研究了电极生物膜法全自养条件下处理氨氮废水的脱氮性能。在进水不含有机碳源,电流强度为30 mA,电流密度为0.012 mA/cm2的条件下,当进水氨氮负荷为100 mgN/(L·d)时,氨氮转化能力为64mgN/(L·d),总氮去除能力为50 mgN/(L·d),达到该试验最大脱除能力。在运行周期24 h范围内,电极生物膜反应器前2 h受电化学间接氧化作用影响显著,2 h之后因阳极区的产气量大降低溶液中Cl-浓度,使得电化学作用影响减弱,主导作用由电化学转化为受底物抑制的复杂的生物作用。电极生物膜法在电化学和生物硝化-反硝化共同作用下具有良好的脱氮能力。

电极生物膜法反硝化工艺研究进展

电极生物膜法反硝化是一种新型的将电化学法与生物膜法相结合的生物反硝化方法。特别在缺乏碳源时,该法为反硝化提供了一种新的途径。结合国内外对电极生物膜法反硝化的研究发展,系统介绍了电极生物膜法反硝化工艺的影响因素,同时指出该工艺在电极材料的选择、反应器构型设计、电化学和生物膜协同作用的原理与条件优化方面存在的问题和今后的研究发展趋势。

新型三维电极生物膜工艺强化脱氮除磷特性

针对常规三维电极生物膜工艺脱氮除磷时难以达到高效、同步的脱氮除磷效果,将海绵铁、硫磺与活性炭填料复合用于常规工艺中以提高脱氮除磷效率。实验结果表明,在不同电流强度下,新型反应器对TN和TP的去除率最高可达到80%和92%,分别比常规反应器要高出15%和32%左右。综合经济、运行效果等因素,新型三维电极生物膜反应器在300 m A电流条件下,选择6 h的水力停留时间为适宜运行条件。

电极生物膜在脱氮方面的研究进展

阐述了电极生物膜的脱氮原理及生物膜和电化学反应之间可能存在的关系,对其在地下水、生活污水和工业废水脱氮处理方面的研究和主要影响因素进行了探讨,并对以后的研究方向和发展提出了新的观点。

SBR-三维电极生物膜工艺处理低碳高氮污水处理研究

以人工模拟的城市污水为研究对象,研究了SBR-三维电极生物膜工艺对污水中CODCr、氨氮、硝态氮和总氮的变化,以及电流强度对总氮去除的影响情况。结果表明,SBR-三维电极生物膜工艺对总氮的去除较好,可以达95%;三维电极生物膜反应器中,出水中总氮的浓度随电流的增加有明显的降低。

电极生物膜法去除硝酸盐氮研究进展

近些年,硝酸盐氮指标作为饮用水的一项重要指标,被广泛地关注与研究。电极生物膜作为一项电化学与生物膜相结合的方法,在去除硝酸盐方面展现出其独特的优势。电极为生物膜上负载的反硝化菌有效地提供了电子供体并保持厌氧环境,使得脱氮在高效的环境中进行。

基于三维生物膜电极的难生化有机化工废水处理研究进展

近年来,难降解有机化工污染物在自然水体中被广泛检出,对水生态环境和人体健康构成了严重威胁。生物膜电极技术因具备环境友好、去除效率高、适用范围广等优点,在难降解污染物处理领域应用前景日渐广阔。对此,介绍了三维生物膜电极(3D-BERs)反应器构建方法,阐述了三维生物膜电极对有机污染物的降解机理,分析了电化学催化氧化与电活性微生物(EAMs)的协同降解作用,从电子迁移强化角度解析了污染物强化降解机制,并概述了3D-BERs的构建方法与运行参数对反应器效率的影响。本文系统综述了3D-BERs在难生化有机化工废水处理领域中的应用与优势,提出了三维生物膜电极技术的发展前景和今后研究工作的重点方向,为难生化有机化工废水的高效处理提供新思路与技术选择。

三维电极生物膜反应器全程自养脱氮的启动研究

采用人工配制氨氮废水,对三维电极生物膜反应器进行全程自养脱氮的启动研究.反应器中阳极采用钌涂层钛棒,在阳极区电解水产氧供硝化菌进行硝化反应;阴极采用活性炭纤维毡,并在阴极区填充活性炭颗粒构建三维电极,在阴极区电解水产氢供反硝化菌完成反硝化过程.在进水NH4+-N浓度30mg.L-1、温度30℃、HRT为24h的试验条件下,通过调节DO和pH实现对硝化和反硝化反应的控制.结果表明,经过挂膜、驯化、稳定这3个较为典型的阶段后,反应器对NH4+-N去除率达到了97.8%,TN的去除率为92.4%,成功实现了三维电极生物膜反应器全程自养脱氮的启动.扫描电镜结果显示,阴极活性炭纤维毡表面的细菌主要为短杆状假单胞菌,活性碳颗粒表面的细菌为微球反硝化细菌,同属氢自养反硝化细菌,反应器中稳定的自养脱氮系统逐步建立.