生物电催化-接触氧化耦合系统矿化偶氮染料的微氧调控及机制解析

Azo dye as a typical pollutant must be removed from waste water，duo to its seriously impact to environmental safety. Considering the slow treatment rate of traditional biological treatment process，this project presents a new coupled bioelectrocatalysis- contact oxidation system for azo dye mineralization. This coupled system bases on the combination of bioelectrocatalysis and aerobic biological treatment process: after using biocathode to accelerate azo dye decolorization, the microaerobic condition is used to regulate the degradation process of decolorization products, and the degradation products is mineralized by bioanode to provide the electrons as bioelectrocatalysis electron source. This research combines the practical application with mechanism investigation, using electrochemical, biological and environmental analysis to optimize the influence factor of system establishment, startup and operational process, to clarify the mineralization features of azo dye with regulation of microaerobic condition，to uncover synergistic effect of various biofilms，to analyze the function of key microbes and genes, all providing theoretical basis to the efficient coupled system. This project execution has better realistic guidance significance because it will helps to simplify the process of biological treatment, reduces the operation cost and improves the treatment efficiency of azo dye.

偶氮染料作为一种典型污染物,由于对环境安全产生严重影响，必须从废水中彻底去除。考虑到传统的生物处理方法速度较慢，本项目提出构建新型的生物电催化-接触氧化耦合系统对偶氮染料进行矿化处理。该耦合系统将生物电催化技术和好氧生物处理工艺相结合，在利用生物阴极加速偶氮染料脱色的基础上，利用微氧调控生物接触氧化对脱色产物的降解过程，降解产物被生物阳极矿化的同时作为生物电催化的电子来源。本研究采用电化学、生物学、环境学等分析手段，将实际应用与机理研究相结合，对系统的构建、启动及运行过程中的影响因素进行优化，明确偶氮染料在系统中的矿化特征以及微氧环境对该过程的调控，揭示各个生物膜间的协同效应，分析关键微生物和基因的功能，为耦合系统的高效运行提供理论依据。本项目的成功开展将简化传统的生物处理工艺流程，降低处理过程的运行成本，提高偶氮染料的处理效率，具备很好的现实指导意义。

偶氮染料作为一种典型污染物,由于对环境安全产生严重影响，必须从废水中彻底去除。考虑到传统的生物处理方法速度较慢，本项目提出构建新型的生物电催化-接触氧化耦合系统（BES-BCO）对偶氮染料进行矿化处理。该耦合系统将生物电催化技术和好氧生物处理工艺相结合，在利用生物阴极加速偶氮染料脱色的基础上，利用微氧调控生物接触氧化对脱色产物的降解过程，降解产物被生物阳极矿化的同时作为生物电催化的电子来源。本项目在构建一体化系统的基础上，通过研究并优化关键运行参数（HRT、外加电压和生物阳极处溶解氧浓度），提高了耦合系统处理效率并减少了能量消耗。根据优化实验的结果，最佳的运行条件为：外加电压0.59 V、HRT 12h，生物阳极处溶解氧浓度0.96 mg L-1。在此条件下，系统脱色效率、COD去除率和脱色比能耗分别为94.6±0.6%、89.1±0.3%和687.57±3.86 J/g。与单一的生物电催化系统相比，生物阳极的细菌群落结构发生了明显变化。通过菌群分析发现好氧苯胺降解菌和阳极呼吸菌在阳极生物膜中占优势。本项目开发的耦合系统具有高效的COD去除和偶氮染料脱色能力，脱色产物经生物接触氧化可进一步降解。适当的溶解氧浓度可以确保生物接触氧化单元有充足的的溶解氧提供的同时，不会抑制生物阳极上电化学活性菌的活性，导致溶解氧和偶氮染料相互竞争电子。BES-BCO系统作为一种新型的一体化处理系统，可以在提高处理效果的同时实现减少反应器占地，对加速污染物去除方面应用具有重要意义。