电极面积对UASB-BES系统降解2-氯-4-硝基苯胺废水的影响及机制

摘要

以2-氯-4-硝基苯胺（2C4NA）为目标污染物，构建单阳极|单阴极（R1）和双阳极|双阴极（R2）UASB-BES耦合系统，开路UASB作为对照组（R0），探究不同电极面积下外加电压和盐度对2C4NA降解的影响。实验结果表明，2C4NA的降解速率常数分别为K_R0=0.105 85 h^-1、K_R1=0.162 41 h^-1、K_R2=0.215 54 h^-1，双阳极|双阴极结构具有较好降解2C4NA的能力。在0～1.2 V范围内，2C4NA降解率随着电压的升高而提升，但1.5 V时降解率下降，1.2 V为系统的最佳电压，R1和R2的2C4NA降解率分别为（78.72±1.40）%和（84.67±1.19）%。当盐度从0%升至2%时，R0和R1的2C4NA降解率分别下降至（58.77±1.66）%和（79.71±1.02）%，而R2则维持在（96.32±0.66）%。EPS分析表明，盐度升高刺激微生物分泌更多EPS,R1和R2中多糖和蛋白质含量分别为R0的1.28,1.38和1.29,1.49倍。高通量测序结果显示，2%盐度下，R1和R2中电活性微生物Pseudomonas和耐盐功能菌Acinetobacter的丰度分别为7.98%,11.93%和20.5%,20.78%，这表明加电能促进电活性微生物和功能性微生物富集，而增加电极面积其丰度值显著提升，说明双阳极|双阴极结构在应对盐度胁迫时具有更强的适应性。MS分析表明，2C4NA降解的中间产物为2-氯-1,4-苯二胺、乙二酸和少量苯胺。

关键词

生物电化学系统 / 2-氯-4-硝基苯胺 / 耦合工艺 / 电极面积 / 高通量测序