一种利用生物电化学系统对含硝酸盐废水进行处理的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种利用生物电化学系统对含硝酸盐废水进行处理的方法，涉及污水处理技术领域。本发明专利技术是通过构建多工作电极套筒双室生物电化学系统，利用恒电位驯化并在工作电极上形成稳定的电活性生物膜（生物电极）；最后利用生物电极在恒电位下对含硝酸盐的废水进行电化学电解，从而充分降解废水中的硝酸盐。本发明专利技术具有处理成本低、能耗低且降解效率高的特点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
一种利用生物电化学系统对含硝酸盐废水进行处理的方法


[0001]本专利技术属于废水处理
，具体涉及一种利用生物电化学系统对含硝酸盐废水进行处理的方法。

技术介绍

[0002]城镇污水中含有大量氮、磷营养元素，排放到自然水体，会导致水体氮磷负荷急剧增加并引起水体富营养化，严重污染水质。其中，硝酸盐是活性氮中导致水体富营养化的重要形式，会导致水生植物大量发育，溶解氧下降，迫害水生生物，扰乱生态平衡。同时，水中的硝酸盐会危害人类和动物的健康，例如高铁血红蛋白症、甲状腺疾病、呼吸系统疾病、肿瘤等。因此，控制水体的硝酸盐污染，对治理水体富营养化，保障人类用水安全，实现社会可持续发展至关要。
[0003]我国城镇污水普遍存在低C/N特征，低碳源城镇污水存在污泥培养困难、污泥浓度低、脱氮效果差、运行难度大等问题，对其有效处理一直是城镇污水处理的难点。城镇污水处理厂深度处理过程中脱氮的重点和难点是硝态氮的去除。此外，传统工艺产生存在着工艺稳定性和高效性的问题，同时还存在着污泥产量大、能耗高、产生温室气体等问题。在环境污染、气候变化和能源危机日益凸显的严峻形势下，低碳、高效与可持续的城镇污水处理新技术成为当前迫切需求，也是未来水环境科学技术研究与实践的重要方向。切实提高城镇水污染控制技术水平、解决城镇污水处理工程的技术瓶颈是及时有效地遏制水环境污染和保障水生态安全的迫切需求。

技术实现思路

[0004]基于此，本专利技术提供了一种利用生物电化学系统对含硝酸盐废水进行处理的方法，该方法是通过电化学作用刺激系统中特定的微生物，使微生物代谢活性和催化活性增强，同时利用电极作为电子受体或供体，促进微生物、电极与底物之间的相互作用，从而提高污染物降解效率。
[0005]本专利技术是采用以下技术方案实现的：一种利用生物电化学系统对含硝酸盐废水进行处理的方法，包括以下步骤：（1）构建多工作电极套筒双室生物电化学系统所述电化学系统为三电极体系，包括若干工作电极、1个对电极和1个参比电极；所述工作电极为玻碳电极；所述对电极为铂网电极，所述参比电极为Ag/AgCl电极；（2）恒电位驯化并获得电活性生物膜将所述多工作电极套筒双室生物电化学系统的工作电位恒定在
‑
0.2V vs. Ag/AgCl参比电极条件下，以浓度为1g/L的乙酸钠水溶液为电解液，并接种污水处理厂二沉池厌氧活性污泥，其中污水处理厂二沉池厌氧活性污泥接种体积与乙酸钠水溶液的体积比为
1:1，在玻碳电极上定向驯化并形成电活性微生物膜；（3）废水处理将所述多工作电极套筒双室生物电化学系统中的电解液替换为含硝酸盐的废水，所述废水中碳氮比为3~10；然后将工作电极电位调整为
‑
0.3V至
‑
0.8V vs. Ag/AgCl之间，以降解废水中的硝酸盐。
[0006]优选的，本专利技术所述多工作电极套筒双室生物电化学系统，如图1所示，包括若干工作电极，其数量不低于3个，且工作电极平行设置。
[0007]优选的，所述步骤（2）所述工作电极均有周期性电流产生，并且稳定运行3个周期则表明玻碳电极上形成了稳定的电活性微生物膜。
[0008]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供了一种利用生物电化学系统对含硝酸盐废水进行处理的方法，该方法是通过调控电势，以使得在工作电极上富集电活性微生物，形成生物电解；然后利用生物电极并在一定的电位下对含硝酸盐的废水进行电化学降解，从而实现了废水的高效处理。本专利技术具有处理成本低、能耗低且降解效率高的特点。
附图说明
[0009]图1为本专利技术多工作电极套筒双室生物电化学系统的结构示意图；图2为本专利技术工作电极施加电位示意图；图3为本专利技术实施例1在恒电位下，工作电极富集电活性微生物的周期性电流变化（A）以及循环伏安曲线（B）；图4为本专利技术实施例1步骤（3）在不同电位条件下，富集反硝化生物膜的工作电极的电流变化；图5为本专利技术实施例1步骤（3）在不同电位条件下，工作电极表面反硝化生物膜的形态；图6为本专利技术实施例1步骤（3）在不同电位条件下，废水中硝酸盐降解曲线；图7为本专利技术实施例1步骤（3）在不同电位条件下，工作电解生物膜中反硝化功能微生物的丰度占比。
实施方式
[0010]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。
实施例
[0011]一种利用生物电化学系统对含硝酸盐废水进行处理的方法，具体步骤如下：（1）构建多工作电极套筒双室生物电化学系统所述电化学系统为三电极体系，包括8个平行设置的工作电极、1个对电极和1个参比电极；所述工作电极为玻碳电极；所述对电极为铂网电极，所述参比电极为Ag/AgCl电极；
（2）恒电位驯化并获得电活性生物膜将所述多工作电极套筒双室生物电化学系统的工作电位恒定在
‑
0.2V vs. Ag/AgCl参比电极条件下，以浓度为1g/L的乙酸钠水溶液为电解液，并接种污水处理厂二沉池厌氧活性污泥，其中污水处理厂二沉池厌氧活性污泥接种体积与乙酸钠水溶液的体积比为1:1，在玻碳电极上定向驯化并形成电活性微生物膜；如图3（A）所示，反应器稳定运行后，观察到各工作电极均有周期性电流产生，并且稳定运行3个周期，表明微生物在电极表面生长，并能够以有机质（乙酸钠）作为电子供体，与电极之间进行电子传递，进而产生电流。如图3（B）所示，对电极生物膜进行循环伏安扫描，均出现乙酸钠氧化峰，且各工作电极循环伏安曲线平行性良好，表明装置启动完成，电活性微生物富集成功。
[0012]以上结果表明，利用八工作电极套筒双室反应器生物电化学系统，以乙酸钠为有机碳源，在恒电位
‑
0.2 vs vs Ag/AgCl条件下，可以在各工作电极表面快速富集电活性微生物，构建生物电极。
[0013]（3）废水处理将所述多工作电极套筒双室生物电化学系统中的电解液替换为含硝酸盐的废水，其中废水的配制方法如下：乙酸钠180mg/L，硝酸钾（KNO3）200mg/L，磷酸盐缓冲液50mM，以及矿质素及维生素，其中矿物质和维生素的组成如表1所示：表1
[0014]然后将工作电极电位分别调整为
‑
0.3V、
‑
0.5V、
‑
0.7V，以降解废水中的硝酸盐。
[0015]如图4所示，加入C/N=5的模拟废水后，BESs的电流呈稳定的周期性变化。每周期内的电流随着时间的变化出现先下降而后逐渐上升至接近于0A的趋势，这表明，在
‑
0.3V、
‑
0.5V、
‑
0.7V电位条件下电极作为电子供体，微生物通过电极获得电子进行还原反应。
‑
0.3V电极电位条件下的峰值电流密度最小，为0.0369
±
0.0035 A/m2；
‑
0.5V电位下峰值电流为0.2419
±
0.0106 A/m2；而
‑
0.7 V电位条件下产生了最大的峰值电流，可达本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用生物电化学系统对含硝酸盐废水进行处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）构建多工作电极套筒双室生物电化学系统所述电化学系统为三电极体系，包括若干工作电极、1个对电极和1个参比电极；所述工作电极为玻碳电极；所述对电极为铂网电极，所述参比电极为Ag/AgCl电极；（2）恒电位驯化并获得电活性生物膜将所述多工作电极套筒双室生物电化学系统的工作电位恒定在
‑
0.2V vs. Ag/AgCl参比电极条件下，以浓度为1g/L的乙酸钠水溶液为电解液，并接种污水处理厂二沉池厌氧活性污泥，其中污水处理厂二沉池厌氧活性污泥接种体积与乙酸钠水...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭永臻，刘鑫燃，高文钰，崔丹，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：