1、目 录摘要11、介绍12、材料和方法12.1实验的组合和操作12.2不同的反应器实验32.3不同电流实验32.4.分析方法43、结果与讨论43.1不同实验反应堆43.2不同电流强度实验94 . 结论9鸣谢99ContentsAbstract101. Introduction102. Materials and methods10 2.1. Experimental set-up and operation10 2.2. Different reactors experiments11 2.3. Different electric current experiments12 2.4. Anal
2、ytical methods123. Results and discussion12 3.1. Different reactors experiments12 3.2. Different electric current experiments134. Conclusions14References14电化学改良城市污水的生物降解摘要生物膜电极和活性泥电极反应器是基于生物膜反应器和活性泥反应器发展起来的。市政污水生物讲解的电化学反应经过对比实验的检验。结合生物膜过程反硝化得到改进，该过程在一个单一新奇反应器中伴随电化学效果，并且为了电极的导入结成大块的污泥被紧密结合在一个活性污泥系统里。
3、1、介绍像有机物一样，将营养物质尽量地从废水中移除是很重要的。氮的化合物是废水溢出物中的主要的营养物。反硝化是有一些研究人员在一个新奇的生物电机反应器中完成的。酵素被放在接低电压的阴极表面，造成在第二阶段经由亚硝酸到氮气的硝酸盐的减少。然后反硝化的微生物被固定在碳电极上，氢由电解水而生成，并用来减少硝酸盐到氮气的转变。一种联合的衰变电极生物膜为了去除地下水中的硝酸盐而改进出来，这种反应器的反硝化能力是10.7gNO3-N（m3h）。一些关于使用生物电子反应器去除各种污染物的研究已经在开展。证实了COD和硝酸盐是同时去除的，并且发生内部的反硝化，就像提供电子的氢使得反硝化发生。藉由使用一个生物电
4、子化学反应器，确认了硝酸盐和杀虫剂（铜离子和氨基氮）的同时去除。然而其他污染物的去除研究相当的受限。在这项研究中，电极系统被引入生物膜反应器和活性泥反应器。市政污水生物降解的电化学反应效果由对比实验评估，而且电流去除污染物的效果被生物膜电极反应器调查。2、材料和方法2.1实验的组合和操作图1展示了一个生物学反应器的概要图表，和在这项研究中被应用的生物电子反应器。生物膜电极反应器和活性泥电极反应器是基于生物膜反应器和活性泥反应器发展起来的。每个反应器由一个内径为19.5cm，高15.1cm的圆筒组成。此外，一个特别为活性泥反应器和活性泥电极反应器工作的污泥循环系统。图1 .实验仪器示意图( 1.
5、性污泥堆; 2.性污泥-电极反应器 3.生物膜反应器; 4. 生物膜反应器; 5.料槽; 6.抽样口; 7.动力泵; 8 .二次沉淀池; 9 .空气泵; 10 .空气流量计; 11.剩余污泥; 12.直流电源)。活性泥反应物和活性污泥电极反应物被完全混合。活性污泥电极反应器除了引入电极和活性污泥反应器是一样的。一个中央电极是外径为3.0cm的石墨。周围十二个阴极是宽2.5cm，长15.0cm和厚2mm的不锈钢。阴极的总面积是450cm2。在生物膜电极反应器和生物膜反应器中，生物膜携带物质是混合粒状的活性碳（GAC）和外径为3.4mm的磁性球。活性碳和磁性球的混合比例是7：3。生物膜电极反应器和
6、活性污泥电极反应器的中央电极和周围的阴极是一样的。表格1和2分别展示了在这项研究中废水的特质和实验条件。严重的废水是广州，中国南部一个城市的市政污水。蠕动抽水机（样板BT00100M，格兰有限公司，中华人民共和国）调整了废水水流，水力停留时间6小时。流程由流量计（样板LZB4）测量。实验在2025摄氏度操作，反应器中的溶解氧是1.82.5mg/L。在活性污泥电极反应器和活性污泥反应器里，污泥回流比是100，混合液悬浮颗粒（MLSS）是1.902.00g/L。为了保持生物膜反应器和生物膜电极反应器在最佳状态下工作，我们每24小时进行反冲洗。在反冲洗中，空气和水流是3分钟0.45m3/m2min水
7、和6分钟0.75m3/m2min空气。两个直流电能的固定电流分别用于用于生物膜电极反应器和活性污泥电极反应器（Model GPS5010H,Shanghai Songta Electric Co. Ltd., PR China）。数字万用表精确的检测了水流。2.2不同的反应器实验生物电子反应物被收集了3个月，一股电流逐步的应用。最后生物电子反应器的电流恒定保持在60mA，而且这60mA的电流不间断的施加4个月。生物膜电极反应器和活性污泥反应器的电压分别是4.194.57V（平均是4.47V）和3.013.53V（平均是3.35V）。实验条件在表格2中详细的列出。DO每12个小时测定一次。DO分
8、别在生物膜反应器中范围是1.8和2.3mg/L（平均是2.0mg/L），在生物膜电极反应器中是2.0和2.4mg/L（平均是2.2mg/L），在活性污泥反应器中是2.0和2.4mg/L（平均是2.2mg/L），在活性污泥电极反应器中是2.0和2.5mg/L（平均是2.3mg/L）。平均生物量浓度在生物膜反应器和生物膜电极反应器中是5.81和5.83gTSS/L（总悬浮固体），在活性污泥反应器和活性污泥电极反应器中是1.93和1.95gMLSS/L每2天测定一次COD和NH3N的去除，每4天测定一次总氮。表2. 实验条件 其它条件: 水力停留时间6h以上; 温度20-25C; r100% . 一
9、个总量生物膜反应器和电极生物膜反应器; 活性污泥活性污泥活性污泥-电极反应.2.3不同电流实验研究表明效应电流通过电极生物膜可以去除污染物。表2说明电流强度则介乎20至120ma的详细情况，电流分别为20 , 40 , 60 , 80 , 100和120毫安时的溶解氧浓度平均值为 2.1 , 2.1 , 2.2 , 2.2 , 2.2和2.4毫克每升，以及物质浓度为5.86 , 5.84 , 5.83 , 5.79 , 5.82和5.80g/TSS L,以一个星期的适应期,以确保稳定运行。2.4.分析方法进行分析的水样离心分离（2000rpm,15min and G force at 6.96
10、加速度为6.96km/s，转速2000rpm分离15分钟）(ModelXTL-5.0,Shanghai Centrifuge Institute，PRChina)分离出污泥. 溶解氧浓度用一个YSI 58型测氧仪(Yellow Springs Instrument Co.Inc.)测定。pH值测定用pH计(型号203，上海精密科学仪器有限公司)。配备组合pH探针(型号203，中国上海及精密科学仪器有限公司)。按标准方法进行了测试水及废水的化学需氧量、生化需氧量、氨氮( NH-N)、总氮和污泥浓度测定13。 化学需氧量、生化需氧量、氨氮(NH-N)、总氮和污泥浓度测定按标准方法进行了试水和废水，
11、生物膜反应器和电极生物膜反应器、其他物质浓度计算为不同重量的涵盖纳米粒子与粒子干物质清洁后淹没在10%碱性溶液中。3、结果与讨论3.1不同实验反应堆图2显示在生物膜反应器和电极生物膜法去除污染物。 去除化学需氧量，氨氮和总氮电极生物膜分别为2.5% , 1.2%和14.9% ,相比生物膜反应器，电热化学反应并未提高去除率和NH-N，然而,反硝化作用很大的影响电化学反应的电极生物膜反应器。有两个电化学改善硝化机制建议。 第一是反硝化菌固定在阴极上用产生的氢通过电解水进行反消化作用14 。在阴极上，氢可以通过 15-19 电解水或通过质子理解产生。+ 2e + 2O (1) + 2e + (2)反
12、硝化微生物富集17在阴极上,并与阴极紧密接触。从硝酸盐到氮气这一脱氮作用是利用阴极上逐渐产生的氢气逐步实现的，反应方程式如下14: + + O (3)2 + 3 + 2 + 4O (4)总反应方程式为: 2 + 5 + 2 + 6O (5)图2.生物膜反应器和电极生物膜反应器试验结果(生物膜反应器和电极生物膜反应器内电流强度为 60毫安; 平均物质浓度分别为5.81和5.83g/TSSL以及平均溶解氧分别为2.0和 2.2毫克每升时)图3 . 示意图微环境理论( +：阳极反应和有氧环境，：阴极反应和厌氧环境)二是微环境理论。电化学反应发生在充满活性炭的三维电解槽中的带电粒子上已得到证明 15-
13、17 。阳极反应和阴极反应,可分别发生在不同的一面活性炭上 15,16 。 当地异质是有可能存在的,虽然大部分是完全混合生物膜-电极反应。 阳极反应产生高氧化性物质和阴极反应产生高度还原物质. 越南各地阴极150300mv低于周围的阳极. (详细资料将在另一份文件)。厌氧环境可存在于阴极反应器周围,而好氧环境可以同时存在于阳极反应器周围 (图3 ) 16,20 。 硝化微生物富集17在阴极区。反硝化作用是增强的不同环境的交替和丰富的反化微生物。然而, 这些机制的强化电解去除不明确,还有待于进一步研究确定电极和微生物的关系。表3显示了活性污泥在活性污泥反应器和在活性污泥-电极反应器中的性质。 混
14、合液悬浮固体(污泥)浓度在活性污泥反应器和在活性污泥电极反应器中分别为1.92和1.95g/L。污泥体积指数( SVI )在活性污泥反应器和在活性污泥电极反应器中分别为122毫升和93毫升。不同的污泥体积指数是很重要的。 电化学反应(或电场)改善污泥沉降特性。钟型虫活性污泥反应器和在活性污泥电极反应器中每毫升数量分别为880和1000。通过光学显微镜观察到丝状微生物在活性污泥反应器中比在活性污泥电极反应器中多。细菌总数计数在活性污泥反应器和在活性污泥电极反应器中分别为每毫升6.4 10和7.1 10。污水中游离细胞的数量在活性污泥反应器和在活性污泥电极反应器中分别为每毫升3.3 10和2.1
15、10 。活性污泥中电位活性随电场强度(或电-化学反应)和双电层可能降低,膨胀污泥被浓缩在活性污泥-电极反应器中。图4 .活性污泥反应器和活性污泥电极反应器结果(电流= 60mA; 活性污泥反应器和活性污泥-电极反应器中污泥浓度平均值分别为1.93和1.95 g/l，溶解氧平均值分别为2.2和2.3毫克每升) 。图4显示了去除污染物的在活性污泥法和活性污泥-电极反应法中污染物的去除。活化污泥电极反应堆去除化学需氧量,氨氮,总氮比活性污泥反应器分别多1.0% , 3.0%和0.6%。 (活性污泥堆标准偏差分别为3.6 , 3.6 , 5.9，活性污泥-电极反应分别为2.7 , 3.6 , 4.0)。电化学反应活性污泥电极反应堆去除有机物和氮污染的影响不明显。 而废水可生化性好,通过微生物达到去除有机污染物的的目的,不属于电解法。观察不到反应堆里微生物通过阴极产生的氢气去除污染物可能有两个理由。理由是:第一,无论是活性污泥-电极反应器还是活性污泥反应器完全混合反应堆中，废水在高溶解氧浓度(溶解氧2.02.5mg/L)下混合速度很快。第二个原因是,活性污泥很难固定在电极上，利用产生
