生物膜電極法在廢水處理中的應(yīng)用

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1、生物膜電極法在廢水處理中的應(yīng)用沈陽(yáng)建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院趙銀平胡俊生肖琳摘要：生物膜電極法是一項(xiàng)新型廢水處理技術(shù)，該技術(shù)將電化學(xué)法和生物膜法有機(jī)結(jié)合，形成機(jī)理獨(dú)特的廢水處理單元。近年來(lái)深受學(xué)者關(guān)注，在處理生活污水、硝酸鹽廢水、酚類(lèi)有機(jī)污染物廢水和含重金屬?gòu)U水等領(lǐng)域異有良好的效果。木文綜述了牛.物膜電極處理技術(shù)的基木原理、反應(yīng)器設(shè)計(jì)、反硝化研宄概況及應(yīng)用前景，對(duì)亟待解決的問(wèn)題進(jìn)行了深入的理論探究，優(yōu)化設(shè)計(jì)，并認(rèn)為生物膜電極法在廢水處理領(lǐng)域極A潛力，為牛.物膜電極法的發(fā)展提供有效的借鑒。關(guān)鍵詞：生物膜電極；廢水處理；反硝化1生物膜電極法的發(fā)展概況牛.物膜電極法

2、是近年來(lái)發(fā)展的一項(xiàng)新型廢水處理技術(shù)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)生物膜電極方法的研究主要集中于反硝化除氮研究。該技術(shù)將電化學(xué)法和生物膜法有機(jī)結(jié)合，形成機(jī)理獨(dú)特的廢水處理單元。它依靠生物自身對(duì)載體的吸附生長(zhǎng)，將微生物固定于電極表面，形成一層生物膜，然后在電極間通入一定電流，使污染物在電化學(xué)和生物雙重作用下得到降解。1992年，R.B.Mellor等在用生物膜電極方法進(jìn)行反硝化實(shí)驗(yàn)研究中首次提出電極-生物反應(yīng)器的概念，并且被Nature報(bào)道。其在電極反應(yīng)器中所采用的生物膜電極，是將N02-還原酶、N03-還原酶以及N20還原酶等其有電子傳遞能力的基質(zhì)相混合后，固定在電極表面上。次

3、年，Y.Sakakibara等人在推導(dǎo)模型時(shí)，提岀了電極一生物膜的概念，而J.R.V.FIora則稱之為生物膜電極。2生物膜電極法的反應(yīng)機(jī)理簡(jiǎn)介針對(duì)目前生物膜電極的反應(yīng)機(jī)理研究較少，從電極與表面細(xì)菌關(guān)系角度分析，可能存在以下幾點(diǎn)聯(lián)系：(1)難生物降解的有機(jī)物通過(guò)電化學(xué)作用轉(zhuǎn)化為中間產(chǎn)物，中間產(chǎn)物很難通過(guò)電化學(xué)處理技術(shù)進(jìn)一步去除，微生物卻可繼續(xù)進(jìn)行降解作用。(1)污染物通過(guò)生物降解釋放的代謝產(chǎn)物進(jìn)一步被電極作用及吋去除，從而使微生物保持穩(wěn)定的活性。(2)在電極表面緊密吸附著生物膜，傳質(zhì)關(guān)系良好，進(jìn)而冇效提高生物膜電極對(duì)體系中污染物的去除效率。(3)在某一非正常電

4、場(chǎng)環(huán)境中可能由于電催化作用，增強(qiáng)或激活蘇內(nèi)部酶的活性，促進(jìn)其新陳代謝作用。3生物膜電極法在廢水處理中的應(yīng)用早在1988年，U.Fuchs等就將生物法與電化學(xué)法結(jié)合起來(lái)，應(yīng)用在反硝化除氮中。1998年，Islam等人運(yùn)用生物膜電極反應(yīng)器進(jìn)行長(zhǎng)期反硝化實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電流為20mA，硝酸鹽起緩沖作用吋，硝酸鹽去除率達(dá)98%以上，當(dāng)電流為20?25mA吋反硝化效果達(dá)最佳，廢水中總硝酸根去除率可維持在75?80%之間，并未發(fā)現(xiàn)亞硝酸鹽和N2O的積累，反硝化的結(jié)果很好。2001年，Z.Feleke等研究用此法處理硝酸鹽和殺蟲(chóng)劑。實(shí)驗(yàn)表明，在相應(yīng)電流作用下，運(yùn)用生物

5、膜電極反應(yīng)器可完全處理掉NO3-，在流出物中并未發(fā)現(xiàn)NO2-，但隨著IPT的滯留，產(chǎn)物N2O會(huì)冇所上升。而由于吸附柱的使用，N2O不會(huì)有所識(shí)累。次年，TomohideWatanabe等發(fā)現(xiàn)用此反應(yīng)器進(jìn)行反硝化過(guò)程，可處理含銅金屬浸酸廢水。實(shí)驗(yàn)以反硝化細(xì)菌吸附在石墨電極上作為陰極，石墨電極作為陽(yáng)極，發(fā)現(xiàn)銅離子的去除與反硝化過(guò)程可在單一生物電極反應(yīng)器中同吋進(jìn)行。2007年，康博等人在用生物膜電極反應(yīng)器降解對(duì)氨基二甲基苯胺的研究中，以Ti/PbO2氧化物涂層電極作為陽(yáng)極，以對(duì)氨基二甲基苯胺的生物膜電極作為陰極，在25°C和pH為6?7的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不僅對(duì)奮機(jī)污染

6、物的降解效率奮明顯的提高，而且電能消耗也同吋降低，更加解決了在降解過(guò)程中電化學(xué)氧化帶來(lái)的含氯冇機(jī)物二次污染問(wèn)題。2010年，張雪娜等［1］采用生物膜電極法分別對(duì)苯酚、五氯酚和對(duì)甲基苯酚等難生物降解的酚類(lèi)有機(jī)污染物進(jìn)行降解可能性分析，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)處理效果最佳環(huán)境。研究表明，采用生物膜電極法使苯酚降解的最佳條件：0.5mA/cm2電流密度，初始苯酚濃度低于200mg/L，溫度35°C。對(duì)生物膜電極方法降解五氯酚的條件進(jìn)行優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)在隔膜式電解槽（陰離子膜）中，五氯酚的最佳條件為電流密度lmA/cm2,初始五氯酚濃度為100mg/L,溫度30°C。對(duì)甲基苯酚降解的

7、最佳條件為電流密度0.5mA/cm2,初始濃度為lOOmg/L,溫度35°C。2011年，徐爐生等［2-3］以硝基苯、氯苯和二氯苯為0標(biāo)污染物，利用生物膜電極法對(duì)其進(jìn)行降解研究。研究發(fā)現(xiàn)，采用生物膜電極法與常規(guī)方法相比，能大幅提高對(duì)氯苯和二氯苯的降解速率，通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)中間產(chǎn)物的檢測(cè)，結(jié)果表明，生物膜電極法較常規(guī)生物降解法的還原性更強(qiáng)，表現(xiàn)艿氯苯、二氯苯先脫氯再降解開(kāi)環(huán)的特點(diǎn)，陰極還原環(huán)境強(qiáng)弱對(duì)脫氯作用的重要性。2013年，張雪娜對(duì)2,4—二氯代酚類(lèi)化合物苯酚在隔膜式電解槽中研究不冋離子交換膜對(duì)生物膜電極法處理，陰離子交換膜奮利于該污染物在生物膜電極上的轉(zhuǎn)化以及中

8、間產(chǎn)物的去除［4】。4結(jié)語(yǔ)生物膜電極法