養(yǎng)殖污水脫氮工藝處理設(shè)備生產(chǎn)廠家
隨著“十三五”規(guī)劃的推行，國(guó)家對(duì)廢水排放的要求日趨嚴(yán)格，而我國(guó)水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀依然十分嚴(yán)峻，氮污染排放呈現(xiàn)濃度增高、排放量增大的趨勢(shì)(文宇立等，2015)，同時(shí)由于能源日益緊缺，污染治理過(guò)程中的能耗問(wèn)題逐漸被重視起來(lái). 微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell，MFC)是一種以產(chǎn)電微生物為催化劑，通過(guò)生物降解作用將存儲(chǔ)在污染物中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置(Wang et al.，2013)，將其應(yīng)用于脫氮過(guò)程當(dāng)中，可以在高效去除廢水中氮元素的同時(shí)回收電能，提供了一條新的污水治理思路(Tao et al.，2015).
MFC中的脫氮過(guò)程通常分為陰極和陽(yáng)極2種脫氮形式. 陰極脫氮過(guò)程在Holmes等(2004)的研究中被*發(fā)現(xiàn)，并證明了微生物同步脫氮產(chǎn)電的可能性;隨后Clauwaert等(2007)設(shè)計(jì)的雙室型MFC*實(shí)現(xiàn)了同步脫氮、除碳及產(chǎn)電的電化學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)成為陰極脫氮型MFC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)典型. 陽(yáng)極脫氮過(guò)程zui早在Min等(2005)使用MFC處理養(yǎng)豬廢水的實(shí)驗(yàn)中被發(fā)現(xiàn)，后來(lái)He等(2009)構(gòu)建了以氨為*能源的MFC，并利用PRC技術(shù)證明了陽(yáng)極氨氧化和電壓輸出之間的因果關(guān)系. 然而目前脫氮型MFC研究主要基于氨氧化、短程硝化反硝化或同步硝化反硝化反應(yīng)脫氮，但其共同的缺陷在于反應(yīng)路線長(zhǎng)、能耗高、剩余污泥量大，且氨氧化菌、硝化菌和反硝化菌的活性在高氮荷環(huán)境下會(huì)受到較大抑制(劉濤等，2013)，另外其需要一定的有機(jī)物補(bǔ)給，反應(yīng)系統(tǒng)較為復(fù)雜，反應(yīng)過(guò)程不易控制.
養(yǎng)殖污水脫氮工藝處理設(shè)備生產(chǎn)廠家
在新型脫氮工藝中，厭氧氨氧化工藝(Anammox)可以在自養(yǎng)型細(xì)菌厭氧氨氧化菌(AnAOB)作用下，以CO2作為無(wú)機(jī)碳源進(jìn)行代謝生長(zhǎng)，以氨為電子供體，亞硝酸鹽為電子受體，代謝產(chǎn)物為氮?dú)?陳重軍等，2014)，反應(yīng)方程式為1NH4+ + 1.32 NO2- + 0.066 HCO3- + 0.13H+ → 1.02N2 + 0.26 NO3- + 0.066 CH2O0.5N0.15 + 2.03H2O(周少奇，2006). 其可一步同時(shí)去除2種形態(tài)的氮污染物，具有很高的容積效能，而且菌體對(duì)氨氮和亞硝態(tài)氮的耐負(fù)荷能力強(qiáng)，適合處理高氮濃度、低C/N比廢水(王元月等，2013). 因此將Anammox反應(yīng)和MFC耦合進(jìn)行同步脫氮產(chǎn)電，具有一定的應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展?jié)摿?
Lee 等(2013)曾在MFC反應(yīng)器中引入部分厭氧氨氧化菌處理高氨氮含量的垃圾滲濾液，獲得了94%的總氮去除率和12 mW·m-2的輸出功率密度，通過(guò)其與氨氧化MFC的對(duì)比，說(shuō)明電子受體從硝酸鹽變?yōu)閬喯跛猁}后，MFC產(chǎn)能可以增加50%. 謝作甫(2014)借助*化學(xué)陰極成功啟動(dòng)陽(yáng)極型Anammox-MFC，輸出電壓為131 mV，總氮容積去除速率為1.64~2.38 kg·m-3·d-1，其同課題組張吉強(qiáng)(2014)使用類似反應(yīng)體系探究了Anammox在MFC中的電化學(xué)特性，通過(guò)基質(zhì)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了在NO2-的存在下，Anammox菌可利用NH4+作為電子庫(kù)，展現(xiàn)出產(chǎn)電耦合性，通過(guò)功能空間實(shí)驗(yàn)說(shuō)明其陽(yáng)極生物膜和陽(yáng)極液中懸浮污泥均具有同步厭氧氨氧化產(chǎn)電功能，其研究為本文提供了一定理論基礎(chǔ).
目前基于Anammox反應(yīng)的脫氮型MFC研究較少，本實(shí)驗(yàn)針對(duì)Anammox在MFC中的陽(yáng)極和陰極2種電化學(xué)耦合機(jī)制，特引入了空氣陰極和厭氧降解乙酸鹽的生物陽(yáng)極，以避免化學(xué)陰極造價(jià)高、可持續(xù)能力弱、電極易受污染的缺陷，并利用雙室型MFC可隔離陰陽(yáng)極，提供相互獨(dú)立工作環(huán)境，易于控制反應(yīng)條件的特點(diǎn)，通過(guò)電化學(xué)關(guān)系建立Anammox-MFC耦合系統(tǒng)，并探究其反應(yīng)性能及機(jī)理.
2 材料與方法(Materials and methods) 2.1 實(shí)驗(yàn)組設(shè)置及實(shí)驗(yàn)裝置
如表 1所示，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)4種MFC構(gòu)型，菌體A為AnAOB菌，菌體B為乙酸鹽降解菌，其中a、b-MFC分別為陽(yáng)極型和陰極型Anammox-MFC實(shí)驗(yàn)組;c、d-MFC的設(shè)計(jì)旨在與b-MFC對(duì)比，進(jìn)行Anammox陰極與傳統(tǒng)的空氣陰極各方面性能的比較，同時(shí)探究乙酸鹽降解菌陽(yáng)極對(duì)反應(yīng)體系的作用. 其中，為了保證空氣陰極性能的可比性，對(duì)a、c-MFC空氣陰極碳布材料靠近陰極液的一側(cè)涂抹0.5 mg·cm-2的10%鉑碳催化層(羅凈凈等，2016)，同時(shí)使空氣陰極液與其對(duì)應(yīng)的陽(yáng)極液底物濃度相同，以避免質(zhì)子交換膜兩端電導(dǎo)率差別對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響，并調(diào)節(jié)空氣陰極液初始pH為3.0，以促進(jìn)其O2還原.
