地下水硝酸鹽污染生物電化學修復技術研究

張吉強，劉 斐，段申璇，李甲亮，張再旺，吳 濤，蔡 靖

(1.濱州學院 生物與環境工程學院，山東 濱州 256603； 2.浙江工商大學 環境科學與工程學院，浙江 杭州 310018)

1 引言

地下水是人類最為主要、直接的水源，地下水水質的安全直接關系到經濟社會的發展和人們的日常生活。當前，伴隨著各種人類活動的開展，地下水不同程度地存在被污染的狀況，硝酸鹽污染就是其中比較嚴重的之一[1]。地下水硝酸鹽污染的修復是一個世界性的難題，目前常規的物理和化學修復方法都存在能耗高、效率低，同時伴隨著二次污染等缺點[2,3]。因此低耗高效且不會對地下水產生二次污染的地下水硝酸鹽污染治理技術的開發就成為一種迫切的需要。

近年來出現的生物電化學系統在環境領域具有實現污染控制和修復的同時能夠回收能量等諸多優點，具有良好的應用發展前景[4～6]。本實驗通過構建地下水硝酸鹽污染生物電化學修復裝置，通過陽極供給電子實現陰極反硝化過程，實現同步硝酸鹽污染修復和電能回收。實驗主要目標包括監測生物電化學系統的運行性能，同時試驗不同基質濃度、pH值和鹽濃度等因素對生物電化學系統脫氮產電性能的影響。

2 實驗部分

2.1 實驗裝置

本實驗采用的生物電化學系統裝置材質為有機玻璃，其主要由夾在圓形側管中間的質子交換膜(Nafion117)外部串聯2個圓柱形極室組成。陰、陽極電極材料為石墨氈(60 mm×40 mm×10 mm)，其通過鋼絲固定在極室頂蓋上，并利用銅導線連接外電路。裝置內液體通過磁力攪拌器(HJ-2)進行攪拌混勻。陰陽極室瓶蓋具有小孔，分別用來取樣和固定電極。

2.2 操作和運行

2.3 測試指標及方法

3 結果與討論

3.1 生物電化學系統工作性能

3.1.1 生物電化學系統啟動性能

3.1.2 生物電化學系統穩定運行性能

圖1 啟動期生物電化學系統對去除

圖2 啟動期去除率和輸出電壓相關性分析

3.2 生物電化學系統脫氮產電工藝條件試驗

3.2.1 進水濃度對生物電化學系統性能影響

圖3 生物電化學系統穩定運行時一周期內指標變化

圖5 COD去除率、電壓與陰極濃度的關系

3.2.2 鹽濃度對生物電化學系統性能影響

圖去除率、電壓與NaCl濃度的關系

3.2.3 pH值對生物電化學系統性能的影響

圖7 pH值與去除率和輸出電壓的關系

4 結論