聚吡咯覆膜改性電極對氫自養(yǎng)反硝化和產(chǎn)甲烷電極生物膜反應(yīng)器的影響.pdf

1、電極生物膜法作為將生物膜法和電化學(xué)法聯(lián)合而發(fā)展起來的污水處理技術(shù)，近年來越來越受到研究者們的關(guān)注。其所具有的優(yōu)勢有:生物膜微生物固定生長且生物量較大;電化學(xué)電極過程擁有高效的氧化還原能力;電極與微生物之間具有較高傳質(zhì)速率。隨著生物電化學(xué)反應(yīng)器的發(fā)展，涉及到生物電化學(xué)反應(yīng)器的電極改性被廣泛研究。有研究報道，改性電極運(yùn)用到生物電化學(xué)反應(yīng)器中可以提高反應(yīng)器性能。
　　本論文探究利用電化學(xué)聚合方法在碳纖維氈電極上制備聚吡咯(polypyr

2、ole，PPy)的聚合效果，并利用傅里葉變換紅外光譜（Fourier transform infrared，F(xiàn)TIR）及掃描電鏡(SEM)對其進(jìn)行表征;將改性后的碳纖維氈電極應(yīng)用到電極生物膜反應(yīng)器(BiofilmElectrode Reactor，BER)中，考察電極改性對電極生物膜反應(yīng)器性能的影響并研究聚吡咯覆膜改性電極對生物膜附著量、胞外聚合物成分及生物膜微生物群落的影響。
　　結(jié)果表明，以25 mM AQDS（蒽醌2，6-二

3、磺酸鈉）為摻雜劑的恒電壓電化學(xué)聚合能夠在碳纖維電極表面形成均勻穩(wěn)定的聚吡咯膜，實(shí)現(xiàn)聚吡咯在碳纖維氈電極上的覆膜改性。改性后的電極應(yīng)用到電極生物膜反應(yīng)器中，可使自養(yǎng)反硝化反應(yīng)器對NO3--N的去除效率由對照反應(yīng)器的67.3％增加到83.9％，處理效果提高了24.7％;可使產(chǎn)甲烷反應(yīng)器COD去除率較其對照反應(yīng)器最高增加約18％，甲烷產(chǎn)量較其增加了約3倍。
　　對兩種反應(yīng)器內(nèi)電極生物膜進(jìn)行生物量測定和掃描電鏡分析，可以看到應(yīng)用聚吡咯覆膜

4、改性電極的R2反應(yīng)器中改性電極生物膜附著量均明顯多于對照反應(yīng)器R1中未改性電極生物膜的附著量，說明電極改性有利于生物膜的附著。生物膜胞外聚合物蛋白質(zhì)和多糖的測定結(jié)果說明，電極改性有助于提高胞外聚合物的含量和蛋白質(zhì)及多糖的比例，從而提高生物膜的活性及其強(qiáng)度和穩(wěn)定性。
　　氫自養(yǎng)反硝化電極生物膜微生物16SrDNA分析結(jié)果表明聚吡咯覆膜改性電極生物膜的優(yōu)勢菌為Hydrogenophaga sp.（噬氫菌屬）和Thauera sp.（陶

5、厄氏菌屬），不同于對照電極生物膜菌落組成中的優(yōu)勢菌屬Dechloromonas sp.，并且其生物膜的菌落組成更多樣化。產(chǎn)甲烷電極生物膜微生物古菌16S rDNA分析結(jié)果表明兩反應(yīng)器電極生物膜菌落組成中優(yōu)勢菌屬均為Methanosarcina sp.（產(chǎn)甲烷八疊球菌），聚吡咯覆膜改性電極生物膜的優(yōu)勢菌屬其次為Methanomicrobia sp.（產(chǎn)甲烷微菌），而對照電極生物膜優(yōu)勢菌屬其次為Methanobacterium sp.（產(chǎn)甲