張吉強(qiáng)，劉 斐，段申璇，李甲亮，張?jiān)偻瑓?濤，蔡 靖

(1.濱州學(xué)院 生物與環(huán)境工程學(xué)院，山東 濱州 256603； 2.浙江工商大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，浙江 杭州 310018)

1 引言

地下水是人類(lèi)最為主要、直接的水源，地下水水質(zhì)的安全直接關(guān)系到經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和人們的日常生活。當(dāng)前，伴隨著各種人類(lèi)活動(dòng)的開(kāi)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(yán)重的之一[1]。地下水硝酸鹽污染的修復(fù)是一個(gè)世界性的難題，目前常規(guī)的物理和化學(xué)修復(fù)方法都存在能耗高、效率低，同時(shí)伴隨著二次污染等缺點(diǎn)[2,3]。因此低耗高效且不會(huì)對(duì)地下水產(chǎn)生二次污染的地下水硝酸鹽污染治理技術(shù)的開(kāi)發(fā)就成為一種迫切的需要。

近年來(lái)出現(xiàn)的生物電化學(xué)系統(tǒng)在環(huán)境領(lǐng)域具有實(shí)現(xiàn)污染控制和修復(fù)的同時(shí)能夠回收能量等諸多優(yōu)點(diǎn)，具有良好的應(yīng)用發(fā)展前景[4～6]。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)構(gòu)建地下水硝酸鹽污染生物電化學(xué)修復(fù)裝置，通過(guò)陽(yáng)極供給電子實(shí)現(xiàn)陰極反硝化過(guò)程，實(shí)現(xiàn)同步硝酸鹽污染修復(fù)和電能回收。實(shí)驗(yàn)主要目標(biāo)包括監(jiān)測(cè)生物電化學(xué)系統(tǒng)的運(yùn)行性能，同時(shí)試驗(yàn)不同基質(zhì)濃度、pH值和鹽濃度等因素對(duì)生物電化學(xué)系統(tǒng)脫氮產(chǎn)電性能的影響。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置

本實(shí)驗(yàn)采用的生物電化學(xué)系統(tǒng)裝置材質(zhì)為有機(jī)玻璃，其主要由夾在圓形側(cè)管中間的質(zhì)子交換膜(Nafion117)外部串聯(lián)2個(gè)圓柱形極室組成。陰、陽(yáng)極電極材料為石墨氈(60 mm×40 mm×10 mm)，其通過(guò)鋼絲固定在極室頂蓋上，并利用銅導(dǎo)線(xiàn)連接外電路。裝置內(nèi)液體通過(guò)磁力攪拌器(HJ-2)進(jìn)行攪拌混勻。陰陽(yáng)極室瓶蓋具有小孔，分別用來(lái)取樣和固定電極。

2.2 操作和運(yùn)行

2.3 測(cè)試指標(biāo)及方法

3 結(jié)果與討論

3.1 生物電化學(xué)系統(tǒng)工作性能

3.1.1 生物電化學(xué)系統(tǒng)啟動(dòng)性能

3.1.2 生物電化學(xué)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行性能

圖1 啟動(dòng)期生物電化學(xué)系統(tǒng)對(duì)去除

圖2 啟動(dòng)期去除率和輸出電壓相關(guān)性分析

3.2 生物電化學(xué)系統(tǒng)脫氮產(chǎn)電工藝條件試驗(yàn)

3.2.1 進(jìn)水濃度對(duì)生物電化學(xué)系統(tǒng)性能影響

圖3 生物電化學(xué)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)一周期內(nèi)指標(biāo)變化

圖5 COD去除率、電壓與陰極濃度的關(guān)系

3.2.2 鹽濃度對(duì)生物電化學(xué)系統(tǒng)性能影響

圖去除率、電壓與NaCl濃度的關(guān)系

3.2.3 pH值對(duì)生物電化學(xué)系統(tǒng)性能的影響

圖7 pH值與去除率和輸出電壓的關(guān)系

4 結(jié)論