養殖污水脫氮工藝處理設備生產廠家
養殖污水脫氮工藝處理設備生產廠家
隨著“十三五”規劃的推行，國家對廢水排放的要求日趨嚴格，而我國水環境質量現狀依然十分嚴峻，氮污染排放呈現濃度增高、排放量增大的趨勢(文宇立等，2015)，同時由于能源日益緊缺，污染治理過程中的能耗問題逐漸被重視起來. 微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell，MFC)是一種以產電微生物為催化劑，通過生物降解作用將存儲在污染物中的化學能直接轉化為電能的裝置(Wang et al.，2013)，將其應用于脫氮過程當中，可以在高效去除廢水中氮元素的同時回收電能，提供了一條新的污水治理思路(Tao et al.，2015).
MFC中的脫氮過程通常分為陰極和陽極2種脫氮形式. 陰極脫氮過程在Holmes等(2004)的研究中被*發現，并證明了微生物同步脫氮產電的可能性;隨后Clauwaert等(2007)設計的雙室型MFC*實現了同步脫氮、除碳及產電的電化學系統，該系統成為陰極脫氮型MFC系統的設計典型. 陽極脫氮過程zui早在Min等(2005)使用MFC處理養豬廢水的實驗中被發現，后來He等(2009)構建了以氨為*能源的MFC，并利用PRC技術證明了陽極氨氧化和電壓輸出之間的因果關系. 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脫氮，但其共同的缺陷在于反應路線長、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境下會受到較大抑制(劉濤等，2013)，另外其需要一定的有機物補給，反應系統較為復雜，反應過程不易控制.
在新型脫氮工藝中，厭氧氨氧化工藝(Anammox)可以在自養型細菌厭氧氨氧化菌(AnAOB)作用下，以CO2作為無機碳源進行代謝生長，以氨為電子供體，亞硝酸鹽為電子受體，代謝產物為氮氣(陳重軍等，2014)，反應方程式為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). 其可一步同時去除2種形態的氮污染物，具有很高的容積效能，而且菌體對氨氮和亞硝態氮的耐負荷能力強，適合處理高氮濃度、低C/N比廢水(王元月等，2013). 因此將Anammox反應和MFC耦合進行同步脫氮產電，具有一定的應用價值和發展潛力.
Lee 等(2013)曾在MFC反應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，通過其與氨氧化MFC的對比，說明電子受體從硝酸鹽變為亞硝酸鹽后，MFC產能可以增加50%. 謝作甫(2014)借助高錳酸鉀化學陰極成功啟動陽極型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(2014)使用類似反應體系探究了Anammox在MFC中的電化學特性，通過基質轉化實驗說明了在NO2-的存在下，Anammox菌可利用NH4+作為電子庫，展現出產電耦合性，通過功能空間實驗說明其陽極生物膜和陽極液中懸浮污泥均具有同步厭氧氨氧化產電功能，其研究為本文提供了一定理論基礎.
目前基于Anammox反應的脫氮型MFC研究較少，本實驗針對Anammox在MFC中的陽極和陰極2種電化學耦合機制，特引入了空氣陰極和厭氧降解乙酸鹽的生物陽極，以避免化學陰極造價高、可持續能力弱、電極易受污染的缺陷，并利用雙室型MFC可隔離陰陽極，提供相互獨立工作環境，易于控制反應條件的特點，通過電化學關系建立Anammox-MFC耦合系統，并探究其反應性能及機理.
2 材料與方法(Materials and methods) 2.1 實驗組設置及實驗裝置
如表 1所示，實驗設計4種MFC構型，菌體A為AnAOB菌，菌體B為乙酸鹽降解菌，其中a、b-MFC分別為陽極型和陰極型Anammox-MFC實驗組;c、d-MFC的設計旨在與b-MFC對比，進行Anammox陰極與傳統的空氣陰極各方面性能的比較，同時探究乙酸鹽降解菌陽極對反應體系的作用. 其中，為了保證空氣陰極性能的可比性，對a、c-MFC空氣陰極碳布材料靠近陰極液的一側涂抹0.5 mg·cm-2的10%鉑碳催化層(羅凈凈等，2016)，同時使空氣陰極液與其對應的陽極液底物濃度相同，以避免質子交換膜兩端電導率差別對實驗結果造成影響，并調節空氣陰極液初始pH為3.0，以促進其O2還原.
