氢还原产电生物可渗透反应栅阳极反应特性研究

• 作 者: 朱高英
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院研究生院 中国科学院大学
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: 地下水污染 氢还原产电生物可渗透反应栅 阳极反应特性 外加电压 修复效果

地下水的有机污染是一个普遍存在、日益突出的全球性问题。在众多地下水修复技术中,原位生物修复是最具应用前景的。但是,难于向地下水中补充安全、经济的电子受体这一技术瓶颈限制了原位生物修复技术的快速发展和应用。氢还原产电生物可渗透反应栅(PREPRB)通过水中质子在阴极还原为氢气的反应过程,为阳极产电微生物降解有机物提供电子受体,彻底解决了以有形物质形式投加电子受体所面临的技术难题,有较好的应用前景。本文主要研究了PREPRB生物阳极反应的特性,包括接种启动期反应特性的变化、外接电压对接种启动过程的影响以及影响阳极反应特性的各种因素,并以煤焦油为例,研究了PREPRB对重质非水相流体污染的修复效果。　　
对PREPRB接种启动的研究表明,在启动过程中,系统电流、阳极电极电势、系统表观内阻等指标的变化都与产电微生物在阳极的富集生长有关。启动初期,系统电流较低、阳极电极电势较高,一段时间后,系统电流迅速上升而阳极电极电势迅速下降并趋于稳定,类似于细菌增殖的“S”曲线,系统的表观内阻也迅速降低至达到稳定。　　
平行试验结果表明,外接电压能够显著影响PREPRB接种启动过程中阳极微生物的富集、阳极电极电势、电流以及表观内阻。700mV为PREPRB最佳启动外电压,启动完成后阳极微生物量最多、电流最大,阳极电势最低、内阻最小,运行状况最好。　　
阳极微生物能够显著降低阳极电极电势,进而减小阳极材料的氧化腐蚀,对PREPRB阳极起到一定的保护作用。比表面积大的阳极材料可以为阳极微生物提供更大的附着面积,微生物量较大,有利于降低阳极电极电势。溶液pH在中性到微酸性范围内变化时,pH越高越有利于提高阳极微生物活性,降低阳极电极电势。当基质缺乏时,阳极微生物的反应性能受到限制,提高基质浓度能够使阳极电极电势显著降低；基质充足时,再增大其浓度对阳极电极电势基本没有影响。　　
PREPRB序批式系统外接电压为700mV时对煤焦油的去除效果在50％以上,连续进水模拟反应系统对煤焦油的去除率为36.9～63.3％。