電極氨氧化全程自養脫氮技術(shù)

基于亞硝化的全程自養脫氮(CANON)工藝是一種新型的單級自養生物脫氮技術(shù)。與傳統生物脫氮工藝相比，其在低碳氮比(C/N)廢水治理中具有諸多優(yōu)勢。近年來(lái)，隨著(zhù)CANON工藝應用范圍的擴大，相繼有學(xué)者嘗試利用此技術(shù)脫除城鎮生活污水中的氮素。然而，由于城鎮生活污水的水溫通常低于25℃，其中的NH4+-N含量普遍偏低且水質(zhì)波動(dòng)較大，CANON工藝對此類(lèi)廢水的脫氮效果不盡人意。經(jīng)分析可知，當CANON工藝處理城鎮生活污水時(shí)，其中的短程硝化作用易因亞硝酸鹽氧化菌(NOB)過(guò)量增殖而失穩，從而導致系統脫氮性能常呈惡化狀態(tài)。 CANON反應體系依賴(lài)于好氧氨氧化微生物和厭氧氨氧化菌(AnAOB)的高效協(xié)同，其中，短程硝化(NH4+-N→NO2--N)可為厭氧氨氧化(ANAMMOX)反應提供電子受體——NO2--N，故該過(guò)程的實(shí)現是確保CANON工藝順利運行的前提。為此，當CANON工藝應用于城鎮生活污水治理時(shí)，需保障系統中短程硝化和ANAMMOX反應之間的平衡。由當前研究可知，溶解氧(DO)調控被認為是實(shí)現城鎮生活污水短程硝化的有效途徑，但有研究指出，當裝置運行溫度低于25℃時(shí)，無(wú)論何種曝氣模式均不能有效實(shí)現此類(lèi)污水的短程硝化，NOB增殖無(wú)法得到有效抑制。 隨著(zhù)生物電化學(xué)工藝日益應用于污水脫氮領(lǐng)域，微生物電化學(xué)氨氧化技術(shù)不斷發(fā)展。目前已有文獻發(fā)現，生物電化學(xué)系統(BES)中可發(fā)生電極氨氧化反應，即電活性生物膜能以陽(yáng)極為電子受體將NH4+-N氧化并產(chǎn)能。作者前期研究證實(shí)，在特定運行條件下，BES中培育的電活性生物膜可通過(guò)電極氨氧化作用實(shí)現NH4+-N的厭氧氧化與NO2--N的累積，此發(fā)現為NO2--N的穩定獲取提供了新思路;另一方面，生物電化學(xué)技術(shù)還可提高AnAOB的豐度與活性，利于該菌群與相關(guān)電活性微生物之間實(shí)現協(xié)作。鑒于此，在前期研究基礎上，如能借助生物電化學(xué)強化措施將電活性氨氧化微生物與AnAOB耦合，進(jìn)而構建基于電極氨氧化的全程自養脫氮反應體系，則可彌補CANON工藝在處理城鎮生活污水時(shí)存在的短程硝化難實(shí)現且穩定性差的缺陷。然而，基于電極氨氧化的全程自養脫氮系統的構建方式及啟動(dòng)性能目前尚待探究，其中的耦合機制亦不明晰。 本研究以電極氨氧化型序批式生物膜反應器(SBBR)為試驗裝置，接種ANAMMOX污泥后將其置于常溫下處理模擬城鎮生活