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电极生物膜组合工艺去除地下水硝酸盐的试验研究

周欲飞  
【摘要】: 随着工农业的迅速发展,工业“三废”排放和农村化肥的无节制施用等,导致许多国家的农村、城市的地下水都有着不同程度的NO_3~--N污染,给饮用水安全构成极大的威胁。因此,去除NO_3~--N的污染,消除或减缓饮用水的安全风险已刻不容缓,成为最重要的环境任务之一。电极-生物膜反硝化是一个电化学作用和生物反硝化作用相藕合的过程,反应器中的自养反硝化菌利用电化学所得的CO_2和H_2,将NO_3~--N离子还原为N_2。该工艺因操作简单和较好的潜力得到广泛的重视。 本文根据电极-生物膜反应系统的净化原理,自行设计了电极生物膜反应器(BER),并在考察电流、温度、进水NO_3~--N浓度、进水pH及水力停留时间等因素对自行设计的电极生物膜反应器(BER)脱氮效果的影响的基础上,针对反应器运行过程中出现的问题进行了优化,研发了一种新型的异养自养反硝化组合工艺,主要取得了如下结果: 1.BER的各个影响因素研究,主要研究了电流、温度、进水NO_3~--N浓度、进水pH及水力停留时间对反应器在NO_3~--N和TN去除以及反应器出水NO_2~--N积累的影响。试验结果表明:当电流强度在0-110mA时,NO_3~--N去除率随电流强度增大而增加,超过110mA后NO_3~--N去除率开始下降;TN的去除率随着电流强度的增加也是先上升后下降,最大值71%位于电流为145mA。反应器的脱氮效果随着温度的升高而提高,31℃时NO_3~--N去除率是15℃时NO_3~--N去除率的两倍。从进水NO_3~--N浓度对BER反应器脱氮效果的影响看,BER反应器能够去除NO_3~--N的极限浓度为42.18mg/L。NO_3~--N除率与进水NO_3~--N浓度呈极显著负相关,相关性达到0.9617;试验过程中,进水浓度的提高,TN去除率降低。对本反应器最佳的进水pH范围是7.04~7.50,但是总的来说,进水pH的改变对本反应器的脱氮效果影响不大。NO_3~--N去除率和TN去除率都随着HRT的增加而提高,但是反应器达到完全反硝化效果时所需的HRT较长,为11.2h。 在进行各因素影响的试验过程中,发现出水中都有不同程度的NO_2~--N积累。当电流为100mA、进水pH为7.5、HRT10h、温度31℃、进水NO_3~--N浓度为100mg/L时,出水中NO_2~--N积累浓度可高达12mg/L。严重影响出水水质。 2.一种新型的异养自养反硝化组合工艺试验研究:把固相异养反硝化和电化学自养反硝化相结合而得到的一种组合工艺(SHD-EHD)。通过研究表明:SHD-EHD比BER的脱氮效率更好,所需的HRT短,电流强度小。当进水NO_3~--N浓度为70mg/L,电流为40mA,HRT为3.5h时,SHD-EHD出水中NO_3~--N浓度低于10 mg·L~(-1),且无NO_2~--N积累。同时,SHD-EHD具有较好的pH自我调节能力,出水pH可稳定在7.0-8.1之间。


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