电化学氢-硫自养反硝化工艺研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 万东锦 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2009-05-01 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 曲久辉 ; 刘会娟 |
| 关键词 | 硫自养反硝化 氢自养反硝化 电化学 膜电解 硝酸盐 Sulfur autotrophic denitrification Hydrogen autotrophic denitrification Electrochemical Membrane Electrodialysis Nitrate |
| 其他题名 | Researches on the Combined Bioelectrochemical Hydrogen with Sulfur Autotrophic Denitrification Process for Nitrate Removal |
| 学位专业 | 环境工程 |
| 中文摘要 | 如何去除饮用水中的硝酸盐，仍是水质净化的重要研究课题。生物反硝化法 具有去除效率高、硝酸盐转化彻底、实用性强等突出优点被广泛应用。其中，自 养反硝化被更多的应用在饮用水脱硝过程中。硫自养反硝化过程会消耗水中的碱 度，产生SO4 2-等反应副产物，而氢自养反硝化副产物少，产生当量碱度。将二 者相结合可以实现两级自养反硝化的协同作用。本论文采用膜电解技术改进电化 学氢自养反硝化，考察了膜电解氢自养工艺序批式及连续式脱硝过程、作用机制 及影响要素；研究了膜电解氢-硫自养反硝化工艺的去除效果及反应过程；建立 了电化学氢-硫自养反硝化中试系统，获得了工艺运行的主要条件和参数。 1. 将离子交换膜电解与氢自养反硝化技术相结合，建立了新型膜电解氢自 养反硝化系统。研究证明，采用质子交换膜将阴阳两极分隔，可在避免阳极析氧 反应对反硝化的影响、有效提高反应器负荷的同时增加阴极室生物量。通过在阳 极室添加酸性溶液的方法来控制阴极室pH 值，为阴极室创造反硝化适宜环境。 研究表明，在阳极室施加0.03M 的H2SO4 可控制阴极室pH 值在中性范围。序批 式实验表明，反硝化去除率受施加电流大小的影响，在施加电流充分的情况下， 反硝化速率与生物量正相关，生化反应符合零级动力学模型。反硝化速率与直接 供氢反硝化相一致，适宜在中性pH 值条件下进行，pH 值过高(>9.5)或过低(<6.0) 都会影响反硝化效果。 2. 对构建的膜电解氢自养膜生物反硝化系统进行连续实验研究。结果表明， 反应器HRT(水力停留时间)为5 h-0.83 h，对应施加电流250-1300 mA（硝氮去除率90%以上），电流效率介于68%~77%之间，硝氮去除率与施加电流大小正相关； 当HRT 为1.25 h 及0.83 h 时，由于施加电流较大，出水pH 值偏高，从而造成 NO2 -的积累(平均为0.50 及0.77 mg-N/L)；反应器内的微生物群落演替存在时序 动态特性，在反应器内可形成优势种群为主的群落结构。 3. 建立膜电解氢-硫自养膜生物反硝化系统。研究连续流条件下系统脱硝效 果，考察相关工艺参数。结果表明，反应器HRT 为5 h-1 h，对应施加电流20-1300 mA（硝氮去除率90%以上），电流效率介于66%~81%之间，硝氮去除率与施加 电流大小正相关；膜电解氢-硫自养膜生物反硝化工艺与单独膜电解氢自养反硝 化工艺相比，出水pH 值更为稳定，NO2 -的浓度更低。 4. 电化学氢-硫自养反硝化现场中试实验表明，该工艺能有效的脱除实际地 下水中的硝酸盐。所建立的装置可承担的体积负荷为0.12-0.24 kg-N/m3·d (对应 HRT 为4.2-2.1 h；最佳施加电流为30-1000 mA；电流效率76%-90 %)，在该负 荷范围内，对NO3 -的去除率大于95%，且无NO2 -的积累。硫自养滤柱反硝化可 用1/2 级反应动力学模型描述，硫自养反硝化所产生的硫酸根离子与其反硝化去 除的硝酸根离子正相关。同时电化学段和硫自养段能够较好协同，出水pH 保持 中性。 |
| 学科主题 | 水处理工程 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2010-06-07 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/362]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_环境水质学国家重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 万东锦. 电化学氢-硫自养反硝化工艺研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2009. |
入库方式： OAI收割
来源：生态环境研究中心
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