改性鐵陽極微生物電解池中電極驅(qū)動的氨厭氧氧化

施亞雯，熊昌勛，秦永麗，蔣永榮，謝錦邦，莫姍姍，邱立標(biāo)

（桂林電子科技大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，廣西桂林 541004）

氨氮過度排放導(dǎo)致的水體富營養(yǎng)化是目前全球關(guān)注的水污染熱點(diǎn)問題。傳統(tǒng)的硝化反硝化工藝存在外加碳源限制、污泥產(chǎn)量高等問題，限制了其應(yīng)用效果〔1〕。近年來，厭氧氨氧化（Anammox）工藝以其污泥產(chǎn)量小、無需添加碳源、脫氮效率高等特點(diǎn)受到廣泛的關(guān)注和研究，為氨氮的去除開辟了新途徑〔2〕。Anammox 是在厭氧/缺氧環(huán)境下，厭氧氨氧化菌（AnAOB）利用細(xì)胞內(nèi)的電子受體NO2--N 將NH4+-N充分氧化為N2的一種生物反應(yīng)。然而，大多數(shù)廢水中氮的形態(tài)以NH4+-N 為主，因此在應(yīng)用Anammox技術(shù)之前必須先把部分NH4+-N 轉(zhuǎn)化為NO2--N（即短程硝化），以便為AnAOB 提供合適的基質(zhì)〔3〕。而短程硝化對供氧控制要求極高，易造成反應(yīng)基質(zhì)NO2--N 的不穩(wěn)定供給，從而嚴(yán)重限制了Anammox 的實際應(yīng)用〔4〕。因此，迫切需要尋找一種合適的電子受體替代NO2--N 以實現(xiàn)NH4+-N 的厭氧氧化，從而減輕因氨氮引起的水體富營養(yǎng)化問題。

最近的研究表明，AnAOB 具有胞外電子傳遞能力，在沒有NO2--N 或短程硝化的情況下，可以微生物電解池（MECs）中的電極為電子受體實現(xiàn)對NH4+-N 的氧化〔5〕，這種方式被命名為電極驅(qū)動型厭氧氨氧化（E-Anammox），總反應(yīng)見式（1）。AnAOB可利用H2O 解離產(chǎn)生的OH-將NH4+氧化為NH2OH〔式（2）〕，NH4+和NH2OH 反 應(yīng)生成N2H4〔式（3）〕，N2H4進(jìn)一步分解為N2并釋放電子轉(zhuǎn)移至MECs 的陽極〔式（4）〕，陽極得到的電子再經(jīng)外電路轉(zhuǎn)移至陰極，與H+結(jié)合產(chǎn)生H〔2式（5）〕。

與傳統(tǒng)Anammox 相比，E-Anammox 在實現(xiàn)NH4+的完全氧化過程中，不需要NO2-的積累，也不產(chǎn)生溫 室氣體N2O〔5-6〕。E-Anammox 可在非常低的電壓（0.3～0.6 V vs.SHE）下進(jìn)行，因此該過程可由風(fēng)能或太陽能等可再生能源提供動力〔5，7-8〕，且從NH4+氧化釋放的能量還可以H2的形式捕獲。相比短程硝化偶聯(lián)的傳統(tǒng)Anammox，E-Anammox 在節(jié)能方面更有優(yōu)勢。另外，其他研究者也表明在傳統(tǒng)Anammox 反應(yīng)器加載MECs 系統(tǒng)可增強(qiáng)AnAOB 的活性，促進(jìn)AnAOB 的高度富集〔9〕。由此可見，MECs 系統(tǒng)在廢水Anammox 脫氮處理過程中具有重要作用。而陽極作為MECs 系統(tǒng)的組成部分，扮演著電子接受體的重要角色，其特性一定程度上決定了E-Anammox的整體脫氮性能〔10〕。在E-Anammox的研究中，D.R.SHAW 等〔5〕采用了導(dǎo)電性好且性質(zhì)穩(wěn)定的石墨棒陽極，但其脫氮效率低且電極價格相對較高，一定程度上限制了工程化應(yīng)用。因此，開發(fā)脫氮效率高且成本低的電極對E-Anammox 的應(yīng)用至關(guān)重要。

近年來，有研究者發(fā)現(xiàn)將廉價的鐵陽極-MECs系統(tǒng)加載于傳統(tǒng)Anammox 反應(yīng)器可通過降低氧化還原電位和電動勢的方式進(jìn)一步提高反應(yīng)器的脫氮效率〔11〕。本課題組前期將鐵陽極-MECs 系統(tǒng)加載于硫酸鹽型厭氧氨氧化（S-Anammox）反應(yīng)器，實現(xiàn)了氨氮的穩(wěn)定去除，但出水硫酸鹽濃度卻并未降低，推測系統(tǒng)內(nèi)可能發(fā)生了以鐵陽極為電子受體的氨氧化。由此可見，廉價的鐵陽極對于E-Anammox 或是不錯的選擇。但鐵陽極在電解過程中易發(fā)生腐蝕，且隨著時間的累積，鐵陽極腐蝕現(xiàn)象愈加嚴(yán)重，最后造成電極板結(jié)，導(dǎo)電能力嚴(yán)重下降〔12〕；同時，鐵陽極的腐蝕會造成電子流失，電子利用率降低?；诖?，本研究對鐵陽極進(jìn)行防腐改性，并將改性鐵陽極-MECs 系統(tǒng)加載于Anammox 反應(yīng)器中，通過考察反應(yīng)器的脫氮效率、電化學(xué)性能、微生物群落結(jié)構(gòu)的變化，研究改性鐵陽極-MECs 系統(tǒng)對氨厭氧氧化的影響，為E-Anammox 的放大應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 改性鐵陽極的制備

準(zhǔn)備一根直徑為13 mm、長度為13 cm 的圓柱形鐵棒，用砂紙打磨拋光去掉表面的氧化層。將鐵粉、碳粉、凝膠材料等按照一定比例混合制備改性漿液。將改性漿液通過亞克力圓筒模具澆筑至鐵棒，在室溫條件下固化后，輕輕移除圓筒模具，即得改性鐵陽極。相關(guān)制備方法已申請專利并獲授權(quán)〔13〕。

1.2 實驗裝置

采用2 組自行設(shè)計的上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）進(jìn)行實驗，UASB 反應(yīng)器均由8 mm 有機(jī)玻璃制成（包含三相分離器、反應(yīng)區(qū)、布水器、取樣口、出水口、排氣孔等），有效容積為3.6 L，反應(yīng)區(qū)通過伴熱帶加熱，溫度控制在（33±0.1）℃。以碳布為陰極、飽和甘汞電極為參比電極、普通鐵陽極或改性鐵陽極為陽極，通過與外接電源連接組裝成普通鐵陽極-MECs 系統(tǒng)或改性鐵陽極-MECs 系統(tǒng)。將普通鐵陽極-MECs 系統(tǒng)加載入一組UASB 反應(yīng)器中作為對照組，命名為R1 反應(yīng)器。將改性鐵陽極-MECs 系統(tǒng)加載入另一組UASB 反應(yīng)器中作為實驗組，命名為R2 反應(yīng)器。實驗裝置如圖1 所示。

圖1 MECs-UASB 反應(yīng)器Fig.1 MECs-UASB reactor

1.3 接種污泥及模擬廢水

接種污泥為實驗室處理實際含氮廢水的Anammox 污泥，污泥顏色為黃棕色，MLSS 為74.364 g/L，MLVSS 為15.042 g/L，MLVSS/MLSS 為0.203。

人工配制模擬廢水，NH4+-N由NH4Cl按需提供，其他成分如下〔14〕：1 250 mg/L KHCO3、10 mg/L KH2PO4、5.6 mg/L CaCl2·2H2O、300 mg/L MgCl2·7H2O、1.0 mL/L微量元素濃縮液。微量元素濃縮液組分為：5 000 mg/L EDTA、5 000 mg/L FeSO4、430 mg/L ZnSO4·7H2O、250 mg/L CuSO4·5H2O、990 mg/L MnCl2·4H2O、190 mg/L NiCl2·6H2O、240 mg/L CoCl2·6H2O、14 mg/L H3BO3、220 mg/L Na2MoO4·H2O、210 mg/L Na2SeO4·10H2O。

1.4 反應(yīng)器運(yùn)行方式

以實驗室處理實際含氮廢水的Anammox 污泥為種泥，設(shè)定進(jìn)水NH4+-N為70 mg/L，不提供NO2--N，HRT為12 h。從第1 天開始分別為R1 和R2 反應(yīng)器通0.6 V的電壓，待反應(yīng)器脫氮效率穩(wěn)定、不再有明顯上升或下降的趨勢后結(jié)束實驗，整個通電周期歷時70 d。

1.5 測試及分析方法

N H4+-N 采用納氏試劑分光光度法測定；NO2--N采用N-（1-萘基）-乙二胺分光光度法測定；NO3--N采用紫外分光光度法測定；電化學(xué)指標(biāo)采用CHI604E 電化學(xué)工作站測定。

微生物群落結(jié)構(gòu)分析：在通電運(yùn)行前期Ⅰ（第1天）、后期Ⅱ（第70 天）分別從R1 和R2 反應(yīng)器中取泥，其中前期污泥樣品為各反應(yīng)器的原始接種污泥，后期污泥樣品取自陽極生物膜，并依次命名為R1-Ⅰ、R2-Ⅰ、R1-Ⅱ、R2-Ⅱ。上述污泥樣品經(jīng)DNA 提取后送至北京諾禾致源科技有限公司進(jìn)行高通量測序分析，所用引物為341F（5’-CCTACGGGRBGCASCAG-3’）和806R（5’-GGACTACNNGGGTATCTAAT-3’）。

2 結(jié)果與討論

2.1 改性鐵陽極的性能分析

為了解鐵陽極改性后的防腐性能情況，分別以改性鐵陽極和普通鐵陽極為工作電極、Pt 電極為輔助電極、飽和甘汞電極為參比電極，采用電化學(xué)工作站在三電極體系中測試了改性鐵陽極和普通鐵陽極的塔菲爾曲線，結(jié)果如圖2 所示。同時對塔菲爾曲線的強(qiáng)極化區(qū)進(jìn)行擬合，結(jié)果如表1 所示。

圖2 改性鐵陽極與普通鐵陽極的塔菲爾曲線Fig.2 Tafel curves of modified iron anode and ordinary iron anode

表1 改性鐵陽極與普通鐵陽極的塔菲爾曲線參數(shù)Table 1 Tafel parameters of modified iron anode and ordinary iron anode

由圖2 可看出，與普通鐵陽極相比，改性鐵陽極的腐蝕電勢Ecorr發(fā)生負(fù)移，且其鈍化區(qū)間比普通鐵陽極明顯；同時，由表1 可以看出，改性鐵陽極的腐蝕電流Icorr比普通鐵陽極小，這表明改性鐵陽極的耐腐蝕性能比普通鐵陽極有了明顯的改善。經(jīng)典的塔菲爾極化曲線理論認(rèn)為，電極的極化是由于電極的反應(yīng)速度跟不上電子的移動速度而造成的電荷在電極界面的積累。電極極化度（ΔE/ΔI）是極化曲線斜率的倒數(shù)，代表電極的極化傾向，亦反映了電極反應(yīng)電阻的大??；極化曲線斜率越小，則極化度越高，電極的極化傾向越強(qiáng)，電極的反應(yīng)電阻較大，電極反應(yīng)速率低〔15〕。從表1 中塔菲爾參數(shù)可以看出，改性鐵陽極的陽極極化曲線的斜率β比普通鐵陽極低，改性鐵陽極的極化度較普通鐵陽極高，極化傾向較強(qiáng)，反應(yīng)電阻較大，電極的腐蝕速率較慢，這與改性鐵陽極的腐蝕電流Icorr較小相符。因此，改性鐵陽極比普通鐵陽極具有更強(qiáng)的耐腐蝕性能。

2.2 改性鐵陽極-MECs 對NH4+-N 的氧化效果

將普通鐵陽極-MECs 系統(tǒng)和改性鐵陽極-MECs 系統(tǒng)分別加載于Anammox 反應(yīng)體系，通電運(yùn)行70 d，NH4+-N 的變化情況如圖3 所示。

圖3 NH4+-N 的變化情況Fig.3 The Changes of NH4+-N

從圖3 可以看出，相比普通鐵陽極反應(yīng)器R1，改性鐵陽極反應(yīng)器R2 對NH4+-N 去除有明顯的促進(jìn)作用。第1 天時，R1 和R2 的出水NH4+-N 分別從原水的70 mg/L 降至57.37、55.21 mg/L，初始反應(yīng)體系具有一定的脫氮能力，這可能是由于原接種污泥中有NO2--N 殘留，可實現(xiàn)傳統(tǒng)Anammox；另外，AnAOB 具有胞外電子傳遞能力，在馴化初期也可以電極為電子受體進(jìn)行氨氧化〔5〕。隨后R1 和R2出水NH4+-N 逐步降低，AnAOB 得到富集（詳見2.4章節(jié)微生物群落結(jié)構(gòu)分析），反應(yīng)器脫氮性能提升。第14 天時R1 的出水NH4+-N 降至50.93 mg/L，R2 的出水NH4+-N 在第25 天時降至27.87 mg/L，隨后R1和R2 反應(yīng)器均逐步趨于穩(wěn)定，其中R1 的出水pH穩(wěn)定在7.8±0.1，R2 出水pH 穩(wěn)定在7.5±0.1，均低于進(jìn)水pH（8.0±0.1），說明E-Anammox 可能為產(chǎn)酸反應(yīng)〔式（1）〕。實驗?zāi)┢冢ǖ?0 天），R1 和R2 的出水NH4+-N 分別為52.34、31.76 mg/L，NH4+-N 去除速率分別為35.57、76.72 mg（/L·d），R2 對NH4+-N 的去除效果明顯優(yōu)于R1，且高于其他胞外電子傳遞驅(qū)動的氨厭氧氧化〔鐵厭氧氨氧化的脫氮速率0.04～0.06 kg（/m3·d）〕〔16〕；但相比于傳統(tǒng)Anammox〔以NO2--N 為胞內(nèi)電子受體的Anammox 脫氮速率高達(dá)76 kg（/m3·d）〕〔17〕，E-Anammox的反應(yīng)速率較低，后續(xù)還需優(yōu)化其他反應(yīng)條件，如優(yōu)化電極電位、制備更大導(dǎo)電比表面積的陽極材料、強(qiáng)化胞外電子轉(zhuǎn)移等〔5，8〕。值得注意的是，整個實驗過程中R1 和R2 反應(yīng)器出水中均未檢測出NO2--N，但檢測出了少量NO3--N（2～4 mg/L）。但D.R.SHAW 等〔5〕的研究并未在體系中發(fā)現(xiàn)NO3-的產(chǎn)生，可能與其體系內(nèi)菌種單一且純度較高有關(guān)，具體反應(yīng)機(jī)理還需進(jìn)一步探究。

從上述實驗結(jié)果可看出，至運(yùn)行末期（第70天），2 組反應(yīng)器的NH4+-N 去除效率都有一定的提高，說明通過外加電壓可以明顯加快脫氮微生物的新陳代謝，促進(jìn)生化反應(yīng)的進(jìn)行，且改性鐵陽極反應(yīng)器去除效果更佳且較為穩(wěn)定。同時，在實驗過程中可以觀察到反應(yīng)器R1、R2 中的鐵陽極上均附著了一層生物膜，但R1 鐵陽極上有明顯的黃色鐵銹，且鐵棒直徑較R2 明顯減小。導(dǎo)致R1 和R2 反應(yīng)器存在差別的主要原因是：外加電壓加快了普通鐵陽極的腐蝕，R1 反應(yīng)器中鐵離子增多；而改性鐵陽極由于受到保護(hù)而腐蝕較慢，R2 鐵離子產(chǎn)生較少。現(xiàn)有研究表明，在無擾動厭氧水環(huán)境中，鐵的腐蝕在第9天時達(dá)到最大（總鐵質(zhì)量濃度為11 mg/L）〔18〕，而加載電壓后腐蝕速度成倍增加〔12〕；當(dāng)鐵離子質(zhì)量濃度由0 增加到5 mg/L 時，可顯著增加Anammox 反應(yīng)器的脫氮效能〔19〕，超過5 mg/L 時則會對Anammox 污泥產(chǎn)生一定的毒性抑制；在近中性水溶液中，大量積累的鐵離子易形成沉淀包裹在電極和微生物表面，阻礙體系內(nèi)電子傳遞，抑制微生物生長，最終導(dǎo)致反應(yīng)體系去除效率下降〔20〕。因此，推測R1 反應(yīng)器的NH4+-N 去除效果較差主要是由于鐵陽極腐蝕造成大量鐵離子積累包裹，而改性鐵陽極能有效減緩鐵陽極的腐蝕，故R2 反應(yīng)器NH4+-N 去除效果較好。

2.3 改性鐵陽極-MECs 體系的電化學(xué)性能

在通電運(yùn)行前期Ⅰ（第1 天）、后期Ⅱ（第70 天）分別采用CHI604E 電化學(xué)工作站測試R1 和R2 反應(yīng)體系的交流阻抗，結(jié)果如圖4 所示。

圖4 反應(yīng)體系的交流阻抗Fig.4 AC impedance diagram of reaction systems

圖4中，阻抗弧的半徑大小可表征電化學(xué)過程中阻抗值的大小，半徑越大，阻抗值越大，電子轉(zhuǎn)移過程越容易受阻。在反應(yīng)器運(yùn)行前期，改性鐵陽極的阻抗弧半徑大于普通鐵陽極，這主要是由于改性材料（如凝膠材料）增大了電極的阻抗值。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，R1 中普通鐵陽極與R2 中改性鐵陽極的阻抗弧半徑均增大，推測是由鐵銹等物質(zhì)的不斷積累導(dǎo)致的。改性鐵陽極阻抗弧半徑小于普通鐵陽極，原因是鐵銹等物質(zhì)在普通鐵陽極表面大量積累，一定程度上造成了電極的板結(jié)。

2.4 改性鐵陽極-MECs 體系中微生物群落結(jié)構(gòu)

在反應(yīng)器通電運(yùn)行前期Ⅰ（第1 天）、后期Ⅱ（第70天）分別從R1和R2反應(yīng)器中取泥樣進(jìn)行高通量測序。門分類水平下的微生物群落結(jié)構(gòu)見圖5。

圖5 樣品門分類水平豐度Fig.5 Abundance of samples at phylum level

由圖5 可 知，Proteobacteria、Bacteroidetes、Armatimonadetes、Chloroflexi 為反應(yīng)體系中最主要的門。Proteobacteria 在反應(yīng)體系中優(yōu)勢顯著，相對豐度均在30%以上，與多數(shù)厭氧系統(tǒng)的菌群結(jié)構(gòu)相似〔21〕，另外有研究報道氮代謝和鐵代謝的相關(guān)菌屬廣泛分布在Proteobacteria〔16〕。通電運(yùn)行前期，Proteobacteria 在R1和R2 中的相對豐度分別為36.05%和34.05%，運(yùn)行后期分別增長至40.81%和35.53%，說明通電在一定程度上可以促進(jìn)Proteobacteria 的生長。Bacteroidetes 在R1和R2 反應(yīng)器中的相對豐度隨著系統(tǒng)的運(yùn)行分別從前期的28.04%、32.79%降至后期的4.99%、6.25%，Bacteroidetes 是化能有機(jī)營養(yǎng)菌〔22〕，無機(jī)及通電條件均不適合其生存。運(yùn)行前期Armatimonadetes 在2 個反應(yīng)器中的相對豐度均為2.5%左右，運(yùn)行后期其在R1 和R2反應(yīng)器中的相對豐度分別升高至13.01%和22.98%；Depeng WANG 等〔23〕在其研究的Anammox 反應(yīng)器中也發(fā)現(xiàn)了較高豐度的Armatimonadetes，其具體的功能還有待進(jìn)一步研究。Chloroflexi的微生物大多呈線狀，可作為骨架益于微生物聚集〔24〕；運(yùn)行后期，Chloroflexi 在R1 和R2 的相對豐度分別為15.80%和9.66%。AnAOB所在的菌門Planctomycetes 也在反應(yīng)器內(nèi)得到了富集，且在改性鐵陽極體系富集的相對豐度較高。

為進(jìn)一步了解反應(yīng)體系的微生物作用機(jī)理，本實驗對屬分類水平下的微生物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，結(jié)果見圖6。

圖6 樣品屬分類水平豐度Fig.6 Abundance of samples at genus level

本反應(yīng)器中與脫氮相關(guān)的微生物主要有反硝化菌和AnAOB，檢測到的反硝化菌主要有Denitratisoma、Pseudomonas、Pseudoxanthomonas、Thermomonas等。隨著通電運(yùn)行時間的延長，Denitratisoma、Pseudomonas在反應(yīng)器中不斷被富集，至運(yùn)行后期二者在R1 和R2 中的相對豐度均增加至3%左右，有研究認(rèn)為Pseudomonas的代謝產(chǎn)物可能參與了胞外電子傳遞〔6〕。反應(yīng)器中的AnAOB 主要是Candidatus_Brocadia，其在R1 和R2 的相對豐度分別由運(yùn)行前期的0.07%、0.05%增高至運(yùn)行后期的0.77%、2.31%，與NH4+-N的去除變化趨勢一致。有研究表明，適量的鐵離子（5 mg/L）可以促進(jìn)AnAOB的生長〔25〕，推測R2 反應(yīng)器改性鐵陽極腐蝕產(chǎn)生的相對較少的鐵離子在一定程度上促進(jìn)了AnAOB 的生長，故R2 表現(xiàn)出相對較高的AnAOB 豐度，從而表現(xiàn)出較好的NH4+-N 去除效果。

反應(yīng)器中還發(fā)現(xiàn)了鐵還原菌（如Geothermobacter和Geobacter），其在反應(yīng)體系中可異化還原鐵〔26-27〕，Geothermobacter和Geobacter在R1 和R2 反應(yīng)器的豐度分別由運(yùn)行前期的0.05%和0.03%升高至運(yùn)行后期的1.92%和0.09%，運(yùn)行后期時鐵還原菌在R1 中具有相對較高的豐度。R1 和R2 反應(yīng)器鐵還原菌豐度存在差異的原因是：通電運(yùn)行過程中，R1 反應(yīng)器未改性的普通鐵陽極腐蝕產(chǎn)生的鐵離子較多，而R2 反應(yīng)器由于對鐵陽極進(jìn)行了防腐改性，產(chǎn)生的鐵離子較少。同時，陽極生物膜上還發(fā)現(xiàn)了少量噬氫菌Hydrogenophaga〔28〕，該菌多存在于產(chǎn)生H2的陰極，進(jìn)一步證明系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生了H2；推測實驗中陽極和陰極間距較窄，其外層生物膜的生長會相互影響，在后續(xù)研究中還需進(jìn)一步優(yōu)化電極間距。另外，經(jīng)過通電運(yùn)行，unidentified_Fimbriimonadales在R1 和R2 中得到了大量富集，分別從前期的1.65%和1.80%提升至后期的10.02%和11.06%，說明加載電壓有利于unidentified_Fimbriimonadales的生長富集，具體作用機(jī)理有待進(jìn)一步探究。

2.5 改性鐵陽極-MECs 系統(tǒng)的氨厭氧氧化機(jī)理

相比傳統(tǒng)Anammox，在沒有NO2--N 或短程硝化的情況下，E-Anammox 中 的AnAOB 可 以MECs 中 的陽極為電子受體來氧化NH4+-N，解決了目前Anammox 工藝應(yīng)用受限的關(guān)鍵問題——NO2--N 供給不穩(wěn)定。本實驗中改性鐵陽極-MECs 反應(yīng)器R2 對氨氧化的促進(jìn)作用強(qiáng)于普通鐵陽極-MECs 反應(yīng)器R1，且在適量鐵離子的作用下，AnAOB 在R2 中的相對豐度明顯高于R1。由此可見，在沒有NO2--N 供給的情況下，體系內(nèi)可能發(fā)生了AnAOB 以改性鐵陽極為電子受體將NH4+氧化為N2的反應(yīng)，該過程中產(chǎn)生H+并釋放電子，電子通過直接接觸或介體介導(dǎo)等方式轉(zhuǎn)移至陽極，陽極再將電子經(jīng)外電路轉(zhuǎn)移至陰極，在陰極電子可與H+結(jié)合生成H2，H2的存在可促進(jìn)噬氫菌的生長。具體作用過程如圖7 所示。

圖7 改性鐵陽極-MECs 中電極驅(qū)動的氨厭氧氧化機(jī)理Fig.7 Mechanism of E-Anammox in modified iron anode-MECs

3 結(jié)論

（1）針對MECs 的普通鐵陽極容易腐蝕板結(jié)的問題，對鐵陽極進(jìn)行包覆改性后，其腐蝕電流Icorr比普通鐵陽極小，耐腐蝕性有明顯改善。

（2）將普通鐵陽極-MECs 和改性鐵陽極-MECs 系統(tǒng)分別加載于Anammox 反應(yīng)體系，改性鐵陽極反應(yīng)器R2 對氨氧化的促進(jìn)作用強(qiáng)于普通鐵陽極反應(yīng)器R1。至實驗?zāi)┢冢ǖ?0 天）時，R1 和R2 的NH4+-N 去除速率分別為35.57 mg/（L·d）和76.72 mg/（L·d）。在沒有NO2--N 供給的情況下，MECs 系統(tǒng)可實現(xiàn)以改性鐵陽極為電子受體的氨厭氧氧化。

（3）通電運(yùn)行70 d 后，R1 和R2反應(yīng)器中的AnAOB 相對豐度呈上升趨勢，且R2 的相對豐度明顯高于R1，改性鐵陽極-MECs 系統(tǒng)在一定程度上可促進(jìn)AnAOB 的富集生長。