【《生物阴极脱氮研究进展文献综述》2000字】

生物阴极脱氮研究进展文献综述1.1生物阴极脱氨氮在MES中可利用硝化阴极实现氨氮的去除，由于硝化过程是好氧反应，因此需要人工曝气或者利用特殊电极设计来获取氧气。He等[78]设计了单室旋转阴极MES，利用人工配水评价了MES产电和脱氮性能。利用石墨毡串联阴极，使石墨毡部分浸没在水中，部分暴露在空气中，同时利用电动泵使石墨毡电极旋（图1-9A），使硝化生物阴极不曝气也能获得足够的氧气。结果表明，MES只有在水中有氨氮时才会产生电流，说明硝化反应在阴极起到了重要作用。Zhang等[79]也构建了单室旋转生物阴极MES处理含氨氮的废水，发现MES生物阴极不仅发生了硝化反应而且实现了硝酸根的还原。在碳氮比为5:1时，系统对总氮去除率达到90%以上，说明在适当的条件下，MES生物阴极能够同步实现硝化和反硝化。VirdisB等[80]直接将MES系统与同步硝化反硝化耦合，在双室MES中实现了同步硝化反硝化（图1-9B）。在曝气条件下氨氮被氧化为硝酸根，硝酸根再被自养反硝化还原为氮气，该系统对总氮去除率也可达到90%以上。Xie等[81]利用好氧MES和缺氧MES的组合工艺实现了含有氨氮的人工废水的高效净化（图1-9C），MES的最大氨氮和总氮去除率分别达到97.4%和97.3%。双室MES或多个MES组合联用的脱氮系统中，存在系统构建复杂、反应器运行不便、曝气耗能高等缺点。因此，单室MES耦合生物硝化和反硝化技术处理含氨氮的废水是比较经济易实现的途径。Yan等[82]使用单室空气阴极MES处理含氨氮的废水（图1-9D），空气阴极先培养硝化细菌生物膜，硝化菌所需氧气来自于空气阴极的扩散，该过程无需曝气，同时在硝化膜的表面可实现反硝化生物膜的富集，成功在单室MES中实现了SND。图1-9MES生物阴极去除氨氮反应器[75,77-79]Fig.1-9MESwithbiocathodeforammoniaremovingreactor近年来，MES耦合ANAMMOX工艺成为污水脱氮的热点研究方向。对于硝化过程微生物的鉴定也随着高通量测试技术的成熟而越来越容易，对于不同培养条件驯化出的微生物群落都给出了详细的分析。1.2生物阴极脱硝氮由于电活性反硝化菌不需有机碳源，电子来自于阳极有机物释放的电子，对于低碳氮比废水的处理具有重要意义。Clauwaert[83]等首次报道了MES阴极反硝化过程，证明MES生物阴极反硝化的可行性。为了避免受阳极影响，关于生物阴极MES反硝化的研究通常在双室MES中进行。生物阴极反硝化性能受多种因素影响，如水质条件、微生物群落结构、电极电位等均可以直接影响反硝化速率。常见的异养反硝化过程对碳的需求较高，碳氮比越低，反硝化效果越差。对于一些低碳氮比的废水，如生活污水，需要外加碳源才能实现较高的反硝化速率。而在MES阴极反硝化系统中，由于硝酸盐可从阴极电极上直接得到电子进行反硝化，故不需添加有机碳源。在处理不同碳氮比的实际废水时，反硝化效果也有差异。有研究发现，当污水中的碳氮比略高时，阴极自养反硝化比例反而下降，此时阴极自养反硝化和异养反硝化并存，异养反硝化由于对阳极电子需求较低，可能会限制MES的产电性能[84,85]。选择适当的培养条件，筛选出优势自养反硝化细菌，寻找能够处理含氮污水的功能菌群组合，对废水脱氮具有广阔的研究前景。NO2-、N2O和NO是反硝化过程的中间产物，也是关键的污染物，通过驯化生物阴极微生物，这些污染物在生物阴极中也能获得高去除率。NO2-作为短程硝化反硝化的重要产物，是生物电化学与短程硝化反硝化工艺耦合的重要基础，构建短程反硝化生物阴极，在水力停留时间为8h时，NO2-去除率达到0.041±0.002kg-N/m3d[83]。JoachimDesloover等利用双室MES生物阴极直接还原N2O为N2，还原效率达到0.76-1.83kg-N/m3/d，同时系统库伦效率接近100%[84]。利用三电极体系培养生物阴极，发现反硝化相关微生物的附着能够实现NO还原[85]。有研究者利用Fe(II)EDTA吸收NO后对利用生物阴极的Fe(II)EDTA-NO络合物进行还原，同时实现Fe(II)EDTA的再生，给出了Fe(II)EDTA-NO还原和Fe(III)EDTA还原再生Fe(II)EDTA在生物阴极的动力学模型[86]。参考文献[1] 中华人民共和国生态环境部.中国环境状况公报[J].2019.[2] ChenGH.Electrochemicaltechnologiesinwastewatertreatment[J].SEPARATIONANDPURIFICATIONTECHNOLOGY,2004,38(1):11-41.[3] Al-ShannagM,Al-QodahZ,Bani-MelhemK,etal.Heavymetalionsremovalfrommetalplatingwastewaterusingelectrocoagulation:Kineticstudyandprocessperformance[J].CHEMICALENGINEERINGJOURNAL,2015,260:749-756.[4] KalyaniKSP,BalasubramanianN,SrinivasakannanC.DecolorizationandCODreductionofpaperindustrialeffluentusingelectro-coagulation[J].CHEMICALENGINEERINGJOURNAL,2009,151(1-3):97-104.[5] Majlessi-NasrM,RafieeM,AmerehF,etal.Multi-objectiveoptimizationofelectrocoagulation-flotation(ECF)processfortreatmentofrealdairywastewater[J].DESALINATIONANDWATERTREATMENT,2020,206:44-57.[6] DaneshvarN,KhataeeAR,DjafarzadehN.Theuseofartificialneuralnetworks(ANN)formodelingofdecolorizationoftextiledyesolutioncontainingC.I.BasicYellow28byelectrocoagulationprocess[J].JOURNALOFHAZARDOUSMATERIALS,2006,137(3):1788-1795.[7] DaneshvarN,OladegaragozeA,DjafarzadehN.Decolorizationofbasicdyesolutionsbyelectrocoagulation:Aninvestigationoftheeffectofoperationalparameters[J].JOURNALOFHAZARDOUSMATERIALS,2006,129(1-3):116-122.[8] SravanthT,RameshST,GandhimathiR,etal.Continuoustreatabilityofoilywastewaterfromlocomotivewashfacilitiesbyelectrocoagulation[J].SEPARATIONSCIENCEANDTECHNOLOGY,2020,55(3):583-589.[9] ChangmaiM,PasawanM,PurkaitMK.Treatmentofoilywastewaterfromdrillingsiteusingelectrocoagulationfollowedbymicrofiltration[J].SEPARATIONANDPURIFICATIONTECHNOLOGY,2019,210:463-472.[10] IbrahimDS,SakthipriyaN,BalasubramanianN.Electro-coagulationtreatmentofoilywastewaterwithsludgeanalysis[J].WATERSCIENCEANDTECHNOLOGY,2012,66(12):2533-2538.[11] ZuoQ,ChenX,LiW,etal.Combinedelectrocoagulationandelectroflotationforremovaloffluoridefromdrinkingwater[J].JOURNALOFHAZARDOUSMATERIALS,2008,159(2-3):452-457.[12] GorenAY,KobyaM,OncelMS.ArseniteremovalfromgroundwaterbyaeratedelectrocoagulationreactorwithAlballelectrodes:Humanhealthriskassessment[J].CHEMOSPHERE,2020,251(126363).[13] BanerjiT,ChaudhariS.Arsenicremovalfromdrinkingwaterbyelectrocoagulationusingironelectrodes-anunderstandingoftheprocessparameters[J].JOURNALOFENVIRONMENTALCHEMICALENGINEERING,2016,4(4A):3990-4000.[14] 梅向阳,蔡娟娟,徐晓东,等.利用电絮凝法深度处理二级处理生活污水出水的研究[J].广州化工,2014,42(03):46-49.[15] 冯爽,孔海南,褚春凤,等.电絮凝法去除二级处理出水中的磷[J].中国给水排水,2003(01):52-54.[16] MollahM,MorkovskyP,GomesJ,etal.Fundamentals,presentandfutureperspect