电辅助微生物体系对废水中氨氮的强化去除

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氨氮作为水体氮素污染的主要成分,给水环境带来了巨大威胁和挑战。本文通过在缺氧微生物反应器中引入电极,构建了单室三电极电辅助微生物体系,研究了在该体系中添加不同基质(乙酸钠、葡萄糖、碳酸氢钠、亚硝酸钠)时氨氮去除效果以及去除机理;并对以氨氮为电子供体、碳酸氢根为唯一电子受体和碳源的电辅助微生物体系进行关键影响因素的探究;在单室电辅助微生物体系的基础上,分别以碳酸氢根和亚硝酸根为电子受体,构建双室电辅助微生物体系,研究其对微生物脱除氨氮的影响;为进一步探究体系去除阳极室微生物对氨氮的转化规律,构建了电辅助微生物阴极耦合电催化阳极体系,结果表明:(1)经长期驯化,单室三电极电辅助微生物体系可利用有机物乙酸钠,将氨氮转化为氮气,转化率可达77.39%;但体系无法利用葡萄糖进行氨氮的转化与去除;为减少生物脱氮过程有机碳源的使用,以碳酸氢根为唯一碳源和电子受体,该体系脱除氨氮45.65 mg·L-1,去除率达75.21%,没有外接电势的生物体系同等条件下脱除氨氮25.57 mg·L-1,电辅助对微生物的强化使得氨氮脱除率提升了70%;以亚硝酸根为电子受体的体系中,电辅助刺激了微生物活性,加强了生物阳极对氨氮的氧化,另外亚硝氮在生物阴极作用下得以更快还原。(2)以碳酸氢根为碳源和电子受体的电辅助微生物体系受基质IC/TN摩尔比、外接电势、温度和酸碱度影响较为显著。氨氮初始浓度为60 mg·L-1时,体系在外接电压为1.0 V取得最大脱氮效率,过高电压对微生物有害;微生物活性受温度和酸碱度影响,因而该体系有运行的最适温度和p H,在温度为303.15 K和p H=7.5时,氨氮脱除效率最高;体系运行无机碳与氨氮消耗的摩尔比为1.10:1左右,因而当基质投加比例略高于或等于此比例,体系脱氮效率最高。(3)在基质浓度较低条件下,双室电辅助微生物体系阴极以亚硝氮和碳酸氢根为电子受体时,阳极氨氮脱除率分别为70.92%和91.96%,提高了氨氮去除率;电辅助微生物阴极耦合电催化阳极体系将脱除等量氨氮的运行时间大大缩短,进一步提升了脱氮效率。
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