基于阴离子交换膜的双室微生物燃料电池阴极硝化/阳极反硝化研究

摘要

废水中的氮主要以氨氮形式存在,会引起水体富营养化从而导致水质恶化.传统处理氨氮废水方法以生物硝化反硝化法为典型代表,考虑到该工艺的处理效率低、污泥产量高、需投加碳源,最近几年许多学者将传统硝化反硝化过程与微生物燃料电池(microbial fuelcell,MFC)技术相结合,试图解决这些问题.研究表明:利用阳离子膜的单室或双室微生物燃料电池能够有效去除含氨废水,即在阴极室同步接种硝化反硝化污泥实现对氨氮的去除.虽然在微生物燃料电池阴极室内同时实现硝化反硝化,具备污泥产量小、所需碳源量少、并能够收获电能等优点,这种方法的弊端在于反硝化细菌的不易培养,表现在驯化时间过长和驯化条件需要严格控制.rn 本文针对这些问题，提出借助于阴离了交换膜(anion-exchange membrane,AEM)实现微生物燃料电池阴极硝化与阳极反硝化相耦合。它包括脱氮与产电两个单元:在基于AEM的MFC中，阴极在曝气的条件下通过硝化细菌将氨氮转化为NO2-和N03-;NO2-和N03-在扩散或迁移作用下从阴极室，经过AEM，转移至阳极室;阳极室的反硝化细菌以NO2-和N03-为电子受体，并将其还原为N2。同时，阳极的有机基质厌氧氧化产生电子，阴极氧气作为最终电子受体形成产电回路。该方法的条件温和、启动时间快、不需外加酸碱调节pH、所需碳源量小(即COD/N值低)。