电极-生物接触氧化强化净化微污染河水试验研究

来源 :河北工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lionschen2009
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论文以滏阳河微污染河水为研究对象,构建电极生物膜与生物接触氧化耦合的电极生物接触氧化系统,考察了电极强化生物接触氧化系统去除微污染河水目标污染物的能力,分析电流密度、单双阴极电极布置方式、碳源、水力停留时间、填料填充比对电极生物接触氧化耦合系统的影响,确定了系统最佳运行条件。通过微生物群落结构与阳极附近底泥傅里叶红外光谱分析,揭示电极生物接触氧化耦合系统强化脱氮除磷机制。获得主要结论如下:采用单、双阴极构建电极生物膜与生物接触氧化耦合系统,考察了该系统在平水期、汛期与枯水期对微污染河水目标污染物的去除能力,结果表明,COD、TP、TN的去除率均高于传统生物接触氧化系统,采用单阴极的电极生物接触氧化系统优于双阴极系统,在汛期时对微污染河水目标污染物的去除能力最优,COD、TP、TN的去除率分别达到87.46%、92.29%与33.43%,较生物接触氧化去除率分别提高了5.15%、45.47%与9.92%。主要原因为启动期水质为平水期,污染物浓度高于汛期水质,因此当工况转换时,微生物活性较高。三个水质时期电极生物接触氧化系统中胞外聚合物(EPS)与溶解性微生物产物(SMP)均多于生物接触氧化,电极强化了微生物活性,通过三维荧光光谱分析,电极生物接触氧化系统中EPS与SMP的主要成分均为类色氨酸蛋白质。改变单阴极电极生物接触氧化耦合系统碳源、电流密度、水力停留时间与填料填充比等运行条件,试验结果表明,碳源为乙酸钠时系统的运行效果最好,最佳运行工况为:电流密度0.09 m A/cm~2、水力停留时间(HRT)24 h与填料填充比40%,COD、NH4+-N、TN与TP的去除率分别达到了86.55%、83.10%、56.46%与97.53%。出水水质除TN外,COD、NH4+-N与TP均优于了《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅳ类水体标准。采用高通量测序技术,对生物接触氧化启动完成生物膜(GW)、单阴极电极生物接触氧化启动完成(ZYT)与最佳工况(ZY)下阴极填料模块生物膜的群落结构进行分析。结果表明,电极强化使生物接触氧化微生物多样性增加。三个样本中Proteobacteria、Bacteroidota、Acidobacteria为优势菌门,单阴极电极生物接触氧化系统最佳工况下反硝化菌属的丰度较生物接触氧化系统启动完成时增加了15.4%,使系统的脱氮性能得到了提升。由于最佳工况下异养反硝化菌等异养菌相对丰度有所增加,使电极生物接触氧化系统内COD的去除率增加。对阳极附近底泥进行傅里叶红外光谱分析,确定TP去除率显著提高的主要原因为铁阳极电离的铁离子与磷在水中发生化学反应,形成FeHPO4以及与PO43-形成沉淀,生物除磷与物化法除磷结合。
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