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本文利用自行设计的三维电极生物膜反应器深度处理含氮污水。新型三维电极生物膜反应器将阳极氧化作用和阴极还原作用进行了有机结合,在同一个反应器中实现硝化-反硝化过程。反应器结构采用平板式,阳极和阴极平行布置,阳极材料选用石墨板,阴极材料为不锈钢板,填充颗粒活性炭作为颗粒电极,在阳极区接种硝酸菌和亚硝酸菌,在阴极区接种氢自养反硝化菌,阴阳极之间设置缓冲区。实验研究了纯电化学作用下反应器的脱氮效果及影响因素,然后通过接种微生物启动形成三维电极生物膜反应器,研究了其脱氮效果和主要的影响因素。纯电化学实验结果表明,在最优条件下(HRT=8h;电流强度=80mA;进水氨氮浓度=50mg/L;pH=7),反应器对氨氮的去除率仅为18.93%,与启动完成的反应器相比去除效果差距较大,因此电化学作用对三维电极生物膜反应器脱氮效果贡献较小,反应器脱氮效果主要以生物作用为主。在对反应器挂膜实验中,阳极区的硝化菌与阴极区的氢自养反硝化菌分开进行。硝化菌繁殖速率较快,挂膜周期短,挂膜15天后,氨氮去除率可稳定达到80%,并且在阳极区颗粒电极表面可以观察到褐色的生物膜;阴极区的氢自养反硝化菌则利用外接氢源在反应器外单独培养,成熟后移入反应器中,氢自养反硝化菌挂膜周期较长,培养15天时硝酸盐氮去除率可达99%,但经过45天培养后才出现肉眼可见的白色生物膜。反应器启动完成后,对主要影响因素进行了单因素实验。实验结果表明:当HRT=12h,氨氮的去除率为79.14%,出水硝酸盐氮浓度和亚硝酸盐氮浓度分别为3.07mg/L和0.14mg/L,与HRT=8h时的处理效果(氨氮去除率为73.01%,出水硝酸盐氮的浓度6.70mg/L和亚硝酸盐氮的浓度0.20mg/L)相比较好,因此HRT的延长有助于提高反应器的脱氮效果,可以避免硝酸盐氮和亚硝酸盐氮在反应器中的积累;电流强度的大小能影响阴极产氢的量和形态,同时会改变极板附近的pH值,当电流强度I=40mA时,氨氮去除率效果最好,可以达到79.14%,理论上pH对微生物酶的活性影响较大,但三维电极生物膜反应器对pH有一定缓冲能力,出水pH基本稳定在7左右;当进水氨氮浓度为20mg/L时,氨氮去除率为91.13%,总氮去除率为68.75%;反应器阳极板电解水产生氧气可以缓解阳极区氧气不足的情况,实验发现,反应器进水DO控制在2-4mg/L较为适宜,总氮的去除效率较好,在70%左右。正交实验表明,影响三维电极生物膜反应器脱氮的五个主要因素中,从大到小顺序依次为:水力停留时间(HRT)>电流强度>溶解氧(DO)>进水氨氮浓度>进水pH。最佳反应条件为:HRT=16h;进水氨氮浓度=20mg/L;电流强度I=50mA;DO=4mg/L;pH=7,反应器对氨氮的去除率可以达到99.48%,总氮去除率为95.31%。