催化內(nèi)電解-生物膜耦合高效脫除低C-N比污水中氮素的研究.pdf

1、低碳氮比(C/N)污水的深度脫氮一直是污水處理研究領域的熱點和難點。常規(guī)生物脫氮工藝處理低C/N比污水具有較大的局限性，因此研發(fā)高效、低耗、安全的脫氮新技術具有重要意義。
　　本論文針對低C/N比污水處理中存在的問題，以課題組自主研發(fā)的復合催化生物載體為核心，從載體的化學脫氮性能和載體與微生物耦合生物脫氮工藝著手，研發(fā)催化內(nèi)電解與生物膜耦合脫氮新技術。首先設計燒杯試驗，對復合催化生物載體的化學活性進行了考察，探討了不同條件下(反應

2、時間、曝氣、pH)載體化學還原硝氮的效能;然后利用該生物載體培養(yǎng)微生物，實現(xiàn)了催化內(nèi)電解與生物膜的耦合，通過探究各因素對耦合體系脫氮的影響，獲得了高效脫氮的最佳工藝運行參數(shù)，同時考察了反應器脫氮的沿程變化，并利用模型計算的方法考察了耦合體系的脫氮效能;接著利用燒杯試驗的方法對脫氮體系內(nèi)催化內(nèi)電解和生物膜的耦合機制進行了驗證;最后分析了催化內(nèi)電解-生物膜耦合脫氮的經(jīng)濟效益。研究結果表明:
　　(1)復合催化生物載體可在180min內(nèi)

3、實現(xiàn)硝氮還原94.9％以上，且受pH值限制小，性能遠優(yōu)于零價鐵。載體還原硝氮的反應為三級反應，其反應速率和氨氮生成量均隨著原水中氨氮含量的升高而降低。
　　(2)催化內(nèi)電解-生物膜耦合體系通過自然微生物培養(yǎng)，在進水C/N比為2∶1的條件下連續(xù)運行51天后生物膜培養(yǎng)成功，得到最佳工藝運行條件為HRT=3.5h、DO=3.5±0.1mg/L、pH=7.5±0.1，此時氨氮、硝氮和總氮的去除率分別為90.08％～95.3％、90.5％～

4、99.0％和90.3％～96.5％，實現(xiàn)了低C/N比污水中氮素的高效脫除。
　　(3)催化內(nèi)電解-生物膜耦合反應器中，硝氮的去除主要集中在反應器進水端的60～100cm段，且主要依靠自養(yǎng)反硝化菌的作用，其耦合脫氮動力學方程為Ne=Noexp(-0.004368h·L-1.8438)，式中反應速率常數(shù)K=0.004368，性能常數(shù)n=1.8438，均高于同類反應器。證明反應器內(nèi)復合催化生物載體適宜微生物附著和生長，生物膜量充足且活性

5、較高，保證了反應器能高效地降解污染物，同時具有良好的抗沖擊負荷能力。
　　(4)催化內(nèi)電解-生物膜耦合脫氮并非簡單的物化和生物脫氮的疊加，而是以催化內(nèi)電解反應產(chǎn)物為電子供體進行生物自養(yǎng)反硝化的耦合脫氮過程。
　　(5)復合催化生物載體的直接成本為3.68元/kg，價格較低且具有高效的原位供電子作用。其低C/N比污水脫氮速率為0.38～0.41kg TN/(m3·d)，高于其它載體。催化內(nèi)電解-生物膜耦合工藝脫氮成本為26.7