电极生物膜法反硝化脱氮的研究进展.doc

1 电极生物膜法反硝化脱氮的研究进展摘要: 电极-生物膜法是近年来才发展起来的一项新型水处理技术。在处理低浓度***盐氮污染的地下水和饮用水等方面具有良好的效果。本文对***盐氮污染概况及其危害和电极生物膜法研究进展概况作一说明, 并对其基本原理和影响因素进行了一些理论探讨。关键词:电极生物膜法反硝化***盐氮反硝化效果饮用水 1 引言目前,许多国家的地下水都受到不同程度的***盐污染。在欧洲的一些地区, 30 年前***盐的污染就已达到比较严重的水平, 而且还在继续增长[1] 。我国一些地区的地下水中的***盐含量逐年增加, 个别地区用作饮用水的地下水中***盐氮浓度已达到 30mg/L 。世界卫生组织规定饮用水中 2 ***盐氮不超过 10mg/L 。推荐标准是 5mg/L[2] 。我国《生活饮用水水质卫生规范》规定:***盐(以 N 计)标准是 20mg/L 。***盐污染主要是由生产中大量使用化肥所致[1] 。未被植物吸收或挥发的肥料中的氮以***盐的形式挥发或由地表径流淋滤到地下水,这不但降低植物对氮的利用率,而且还会增加地下水中***盐的浓度, 使其高于饮用水中可接受的水平[3] 。植物的固氮作用、家庭污水、工业废物及地下水回灌也会造成地下水***盐浓度升高[2] 。人离不开***盐, 否则, 香肠会变暗, 茄子酱会发霉, 奶酪会失去特有的香味和颜色[4] 。但过量的***盐对人体非常不利。***盐会破坏细胞和组织的呼吸, 从而导致血液中乳酸、胆固醇和白血球增加, 蛋白质就会大量减少, 血液成分的变化会引起多种疾病,从肌肉痉挛到卒中[4] 。另外,***盐被摄入人体后, 在肠胃中被还原为亚***盐, 可引起人体高铁血蛋白症, 并诱发癌症。一些研究还发现***盐可引起动物的心脏等方面的问题[2] 。由于饮用含高含量***盐的地下水会给人类健康造成危害。因此, ***盐的去除问题已成为人们关注的焦点。 3 2 电极-生物膜法研究发展概况目前脱除饮用水中的***盐的方法主要有膜分离法,离子交换法以及生物反硝化法[2] 。膜分离法对***盐无选择性,几乎能去除所有的无机离子, 从人类健康、成本费等方面考虑, 膜法的实用性较差。离子交换法是利用阴离子交换树脂中的***离子与***根离子进行阴离子交换而完成的。这样造成水中***离子的增加。另外,再生过程中,产生高浓度硫酸盐和***盐废液, 会造成二次污染。生物反硝化法利用反硝化细菌,在缺氧条件下,将***盐还原为氮气。外加碳源的异养反硝化法需向水中投加甲醇等有机物, 需进行复杂的后处理除去过量的有机物。用硫作为电子供体的自养反硝化法会造成出水中硫酸盐含量高。另外, 外加的氢源安全性低, 利用率低且成本高。而电极生物膜法在处理低浓度***盐氮污染的地下水和饮用水等方面具有良好的效果。它具有处理费用低、去除率高、效果稳定、易控制等优点。 4 电极生物膜法是是近年来才发展起来的一项新型水处理技术。在国外, 1988 年, 等将生物处理方法与电化学方法结合起来, 应用于反硝化除氮[5] 。 1992 年, r等[6] 在 Natur e 杂志上报道了利用电极-生物膜法进行反硝化的实验研究。他们将 NO3- 、 NO2- 、还原酶与某些染料基质相结合,涂布在阴极表面,制成生物膜电极。并提出“电流提供反硝化还原力”、“电极生物反应器”等概念。 1993 年, 等将脱氮细菌固定在阴极表面,对地面水和饮用水中低浓度***盐进行处理, 取得了很好的效果[5] 。 1994 年, [7] 又研究了阳极反应对脱氮的影响。同年, 等[8] 也进行了电极生物膜法的试验研究, 发现电流的增加可导致氮气产量的增加, 证明了电流可促进和控制反硝化的原理。 1997 年, 等[9] 通过一组试验研究了该法对 COD 去除的特性和氢气利用的情况。结果发现细菌在进行反硝化的同时,也利用了 COD 。因此, 电极生物反硝化法可应用于处理各种废水。 1998 年, e 等[10] 研究了在不同的电流下,水中 N03 -和其他离子( 如 Ca+ , Na+ , SO42- , Cl- )浓度的变化情况。结果发现: Na+,SO42-,Cl- 离子浓度几乎没有变化, 脱氮率随电流的不同从0到 100% 变化, Ca+ , Mg+ 因形成沉淀而沉积在电极上, 这会阻碍反硝化作用的进行, 但改变电极的极性, Ca+ , Mg+ 会重新释放到水中。 2001 年, 等[11] 也进行了电 5 极生物膜法的试验研究,结果发现:水中 pH 值维持中性, 水中***盐和铜离子得到去除。在国内, 对电极-生物膜法工艺的研究起步较晚。 19