有机电子供体对单室生物电化学系统处理硝酸盐废水性能影响及机理研究

【摘要】本文构建了一套单室生物电化学系统(Singlechamberbioelectrochemicalsystem,S-BES),利用其阴、阳极内部电子传递转移特征,实现了阳极产电和阴极硝酸盐还原去除的协同作用。考察了碳源和电场两个关键因子对S-BES脱氮性能的影响,探明了S-BES内部有机物和硝酸盐污染物的降解转化途径,并从微生物代谢、信号分子分泌等角度探讨了电极生物膜的成膜机理,最终通过设计小型的S-BES反硝化反应器,考察了其处理实际硝化尾水的工程可行性。本研究主要获得如下几个结论：(1)在添加了NaHCO3的S-BES中,硝酸盐容积去除率达到了0.44±0.08g/(m3.h),与生物对照反应器相比去除性能提高了30%。进水中含有的少量有机物有助于S-BES构建自/异养菌共生系统,有效降低系统出水亚硝酸盐浓度并有助于提高硝酸盐去除性能。通过收集稳压条件下的电流信息,表明系统中存在阳极产电和阴极反硝化的协同作用。当C/N从2.0升高到3.5时,系统的自养反硝化脱氮贡献率从72.74%降低到了50.23%。(2)碳源种类对S-BES’性能影响研究表明：以NaHCO3为单一碳源的S-BES中出现了明显的亚硝酸盐累积并且可溶性微生物产物(Solublemicrobialproduct,SMP)与可溶性化学需氧量(Solublechemicaloxygendemand,SCOD)SMP/SCOD比值也较高,而有机碳源的加入在一定程度上可减少S-BES中SMP的产生量。此外,简单碳源更易被异养微生物直接代谢利用进而促进异养反硝化过程；复杂碳源则更易被阳极微生物利用进行产电并导致明显的亚硝酸盐累积现象。(3)电场对S-BES性能影响研究表明：当电流从5mA升高到15mA时,添加了淀粉和NaHCO3的S-BES硝酸盐去除率分别提高了20%和37%。但是继续升高电流,只有添加了NaHCO3的S-BES硝酸盐去除率继续上升。适宜的电流有助于微生物通过分泌DSF类信号分子提高胞外聚合物的分泌量进而强化S-BES内微生物的挂膜能力,但过大的电流也不利于生物膜的形成。针对自养／异养反硝化菌共存的S-BES,高电流对异养反硝化菌的抑制作用要大于对自养反硝化菌的抑制作用。(4)生活污水经好氧硝化-生物电化学耦合系统处理后,氨氮和TN的平均去除率分别为85.5±7.4%和47.8±10.2%,该系统对含氮类污染物去除效果较好,但是在实验后期,该耦合系统出水硝酸盐浓度有上升的趋势。通过分析BES处理前后进出水中的有机物成分发现,蛋白和DNA类物质含量下降,而多糖类物质含量显著上升,但总有机物浓度基本保持不变。
【作者】黄宝成；
【导师】沈东升；
【作者基本信息】浙江工商大学，环境工程，2014，硕士
【关键词】生物电化学系统；生物反硝化；电子传递；电极生物膜；

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