养殖污水脱氮工艺处理设备生产厂家

养殖污水脱氮工艺处理设备生产厂家

养殖污水脱氮工艺处理设备生产厂家

随着“十三五”规划的推行，国家对废水排放的要求日趋严格，而我国水环境质量现状依然十分严峻，氮污染排放呈现浓度增高、排放量增大的趋势(文宇立等，2015)，同时由于能源日益紧缺，污染治理过程中的能耗问题逐渐被重视起来. 微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell，MFC)是一种以产电微生物为催化剂，通过生物降解作用将存储在污染物中的化学能直接转化为电能的装置(Wang et al.，2013)，将其应用于脱氮过程当中，可以在高效去除废水中氮元素的同时回收电能，提供了一条新的污水治理思路(Tao et al.，2015).

　　MFC中的脱氮过程通常分为阴极和阳极2种脱氮形式. 阴极脱氮过程在Holmes等(2004)的研究中被*发现，并证明了微生物同步脱氮产电的可能性;随后Clauwaert等(2007)设计的双室型MFC*实现了同步脱氮、除碳及产电的电化学系统，该系统成为阴极脱氮型MFC系统的设计典型. 阳极脱氮过程zui早在Min等(2005)使用MFC处理养猪废水的实验中被发现，后来He等(2009)构建了以氨为*能源的MFC，并利用PRC技术证明了阳极氨氧化和电压输出之间的因果关系. 然而目前脱氮型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应脱氮，但其共同的缺陷在于反应路线长、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环境下会受到较大抑制(刘涛等，2013)，另外其需要一定的有机物补给，反应系统较为复杂，反应过程不易控制.

　　在新型脱氮工艺中，厌氧氨氧化工艺(Anammox)可以在自养型细菌厌氧氨氧化菌(AnAOB)作用下，以CO2作为无机碳源进行代谢生长，以氨为电子供体，亚硝酸盐为电子受体，代谢产物为氮气(陈重军等，2014)，反应方程式为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). 其可一步同时去除2种形态的氮污染物，具有很高的容积效能，而且菌体对氨氮和亚硝态氮的耐负荷能力强，适合处理高氮浓度、低C/N比废水(王元月等，2013). 因此将Anammox反应和MFC耦合进行同步脱氮产电，具有一定的应用价值和发展潜力.

　　Lee 等(2013)曾在MFC反应器中引入部分厌氧氨氧化菌处理高氨氮含量的垃圾渗滤液，获得了94%的总氮去除率和12 mW·m-2的输出功率密度，通过其与氨氧化MFC的对比，说明电子受体从硝酸盐变为亚硝酸盐后，MFC产能可以增加50%. 谢作甫(2014)借助高锰酸钾化学阴极成功启动阳极型Anammox-MFC，输出电压为131 mV，总氮容积去除速率为1.64~2.38 kg·m-3·d-1，其同课题组张吉强(2014)使用类似反应体系探究了Anammox在MFC中的电化学特性，通过基质转化实验说明了在NO2-的存在下，Anammox菌可利用NH4+作为电子库，展现出产电耦合性，通过功能空间实验说明其阳极生物膜和阳极液中悬浮污泥均具有同步厌氧氨氧化产电功能，其研究为本文提供了一定理论基础.

　　目前基于Anammox反应的脱氮型MFC研究较少，本实验针对Anammox在MFC中的阳极和阴极2种电化学耦合机制，特引入了空气阴极和厌氧降解乙酸盐的生物阳极，以避免化学阴极造价高、可持续能力弱、电极易受污染的缺陷，并利用双室型MFC可隔离阴阳极，提供相互独立工作环境，易于控制反应条件的特点，通过电化学关系建立Anammox-MFC耦合系统，并探究其反应性能及机理.

　　2 材料与方法(Materials and methods) 2.1 实验组设置及实验装置

　　如表 1所示，实验设计4种MFC构型，菌体A为AnAOB菌，菌体B为乙酸盐降解菌，其中a、b-MFC分别为阳极型和阴极型Anammox-MFC实验组;c、d-MFC的设计旨在与b-MFC对比，进行Anammox阴极与传统的空气阴极各方面性能的比较，同时探究乙酸盐降解菌阳极对反应体系的作用. 其中，为了保证空气阴极性能的可比性，对a、c-MFC空气阴极碳布材料靠近阴极液的一侧涂抹0.5 mg·cm-2的10%铂碳催化层(罗净净等，2016)，同时使空气阴极液与其对应的阳极液底物浓度相同，以避免质子交换膜两端电导率差别对实验结果造成影响，并调节空气阴极液初始pH为3.0，以促进其O2还原.