電化學(xué)還原耦合生物脫氮實現(xiàn)高硝酸鹽廢水高效去除的研究進展
一、引言
硝酸鹽污染廣泛存在于農(nóng)業(yè)面源水、養(yǎng)殖廢水及食品加工廢水中，其毒性高且易遷移。傳統(tǒng)生物脫氮法受限于碳源依賴性強、反應(yīng)速率慢等問題，而電化學(xué)還原耦合生物脫氮（Electrochemical Reduction + Bio-denitrification）通過先將NO??還原為NH??或N?，再由微生物進一步代謝，顯著提升了脫硝效率與系統(tǒng)穩(wěn)定性。
二、技術(shù)原理與協(xié)同機制
該聯(lián)合工藝包括兩個核心過程：
電化學(xué)還原段：鈦基鍍硼金剛石（BDD）、不銹鋼、石墨烯修飾電極等將NO??還原為NH??或N?；
生物脫氮段：引入?yún)捬醢毖趸虍愷B(yǎng)反硝化菌進一步代謝產(chǎn)物；
協(xié)同作用：降低毒性負荷，提升可生化性；
電子傳遞增強代謝活性：促進微生物附著與生物膜形成。
三、系統(tǒng)構(gòu)型與發(fā)展現(xiàn)狀
目前主流構(gòu)型包括：
平板式電化學(xué)池+活性污泥系統(tǒng)；
流動式三維電極反應(yīng)器+MBR；
膜分隔雙室反應(yīng)器+Anammox模塊；
模塊化裝置支持靈活擴容。
四、關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)化
影響系統(tǒng)性能的主要因素包括：
電流密度：控制在10–40 mA/cm2；
pH值：酸性至中性更利于還原反應(yīng)；
溫度范圍：20–35°C；
水力停留時間（HRT）；
菌種投加量與馴化周期。
五、實際應(yīng)用案例
某食品添加劑企業(yè)采用該聯(lián)合系統(tǒng)處理含硝酸鹽廢水（初始濃度約80 mg/L），經(jīng)處理后NO??去除率達95%，出水達到《污水綜合排放標(biāo)準》一級標(biāo)準，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，無二次污染。
六、未來發(fā)展方向
開發(fā)高效耐高硝酸鹽菌株；
探索太陽能驅(qū)動電化學(xué)系統(tǒng)；
構(gòu)建AI優(yōu)化控制系統(tǒng)提升能效；
推動模塊化設(shè)備適應(yīng)中小企業(yè)需求；
探索脫氮副產(chǎn)物（如N?）的碳交易價值。
