城市污水处理技术
曝气装置的能耗约占城市污水处理厂总能耗的30%~70%，采用节能的污水处理新技术，可减少碳排放，提高现有废水处理工程的经济性。
生物电化学系统(BES)是一种经济的和环境友好的电化学强化有机污染物生物降解的废水处理新技术，它是一种可持续并“绿色”的方法，可提高污水中有机化合物的降解速率。BES的工作原理是在阳极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子通过传递介体在生物组分和阳极之间进行有效传递，并通过外电路传递到阴极形成电流，而质子通过质子交换膜或直接通过扩散作用传递到阴极，氧化剂(一般为氧气)在阴极得到电子被还原与质子结合生成水。研究发现BES可以降解碳氢化合物、酚和其他有机污染物，同时还有较好的脱氮作用，对废水中的金属离子也有较好的去除效果。目前，BES的研究主要集中在实验室小试规模，而较大规模的研究还很少。
本实验比较一种新型漂浮电极BES和传统曝气池对于城市污水的处理效果，为BES在城市污水处理方面的实际应用提供依据。
1实验装置及方法
1.1BES实验装置结构
图1BES实验装置
Fig.1TheBESexperimentalequipment
本实验构建的新型BES装置主体采用PVC材料制作，尺寸为3.0×1.0×1.8m，其结构如图1所示。其中阴极材料是两层不锈钢丝网，面积大约为3m2，阳极是由若干不锈钢钢丝绒球串联组成，堆积体积约0.6m3。阴极和阳极间用外包绝缘材料的不锈钢导线连接，接点处用绝缘漆密封。在水面以上的导线中连接一个10Ω的电阻。
1.2实验方法
实验用水取自合肥市某城市污水处理厂集水池，COD在200~500mg/L之间。在室外按连续进出水方式运行，集水池污水直接用泵提升至BES反应器，控制水力停留时间为18h，与该污水处理厂曝气池水力停留时间相同。室外温度在10~20℃。实验中，每天分别取集水池、曝气池出水和BES出水，测定相关水质指标。
2结果与讨论
2.1BEC产电情况
实验过程中，监测10Ω电阻两端的电压，如图2。
图2BES的输出电压
Fig.2ThevoltageoftheBES
可见，在不曝气的条件下，该BES的10Ω电阻两端最大电压为106mV。运行初期，系统的电压较小，随着反应器运行，测得电压增大，但是在30d~35d时，BES的电压明显有所降低，此时BES处理效果也有所降低，是由于气温突降影响了微生物的活性；在40d之后，电阻两端电压稳定在80~100mV之间，此时BES运行较为稳定，且处理效果较好。表明电阻上电压值能间接反映BES的微生物活性和废水处理程度。
2.2BEC装置对污水COD的去除性能
实验过程中每天监测BES进出水的COD值，并和污水处理厂曝气池的处理效果进行对比，结果如图3和图4。在运行前期，BES出水COD明显高于曝气池出水，随着反应器的运行，BEC的出水逐渐趋于稳定；在反应器运行至30~35d时，天气降温明显，BES的出水COD较高，废水处理效率明显下降，而污水处理厂的曝气池受气温变化影响很小，说明系统越大，运行越稳定；在反应器运行到第40d时，BES出水COD在50mg/L左右，略高于曝气池出水，此时BES反应器运行稳定，COD去除率约为88%，而相同条件下，曝气池的去除率为90%~92%。，说明在实验条件下，BES对于城市污水具有较好的处理效果。
图3BES和曝气池进出水COD变化曲线
Fig.3CODChangesofinfluentandeffluentoftheBESandtheaerobicsystem
图4BES和曝气池COD去除率变化曲线
Fig.4ChangesofCODremovalrateoftheBESandtheaerobicsystem
2.3pH变化情况
图5BES和曝气池进出水pH变化曲线
Fig.5pHChangesofinfluentandeffluentoftheBESandtheaerobicsystem
图5为BES和曝气池进出水pH的变化曲线。可见，在BES运行中，BES出水pH明显高于曝气池出水；BES出水pH略高于进水，而曝气池出水pH比进水略低，后期曝气池进出水pH差异不大。
2.4电导率(EC)变化情况
实验过程中电导率的变化如图6。BES出水的电导率略高于进水，且出水的电导率与进水变化趋势基本相同，而曝气池出水的电导率明显小于进水。
图6BES和曝气池进出水电导率随时间变化曲线
Fig.6ECChangesofinfluentandeffluentoftheBESandtheaerobicsystem
2.5氧化还原电位(ORP)变化情况
实验过程中氧化还原电位的变化如图7。BES出水氧化还原电位明显高于进水，曝气池出水的氧化还原电位明显低于进水，且出水的氧化还原电位较为稳定。
图7BES和曝气池进出水氧化还原电位随时间变化曲线
Fig.7ORPChangesofinfluentandeffluentoftheBESandtheaerobicsystem
3结论
(1)新型漂浮电极生物电化学系统处理城市污水是可行的，出水水质良好且稳定，并可以明显的降低能耗。在实验条件下，出水COD稳定在35~70mg/L，COD的去除效率达到88%，接近于同水力停留时间下的城市污水处理厂曝气池。
(2)实验条件下，该BES在10Ω电阻两端电压可达106mV，电压和COD的去除效率呈正相关关系。
(3)BES出水的pH、电导率和氧化还原电位稳定，且高于曝气池出水。
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