隨著能源危機的加劇,人們不得不尋找新的清潔能源,此時,CW-MFC應運而生。CW-MFC在微生物的催化下,將污水中有機物中的化學能轉化為電能,兼顧污水處理和生物發(fā)電的雙重功效。近年來人們對其進行了大量的研究,尤其是生物陽極的研究,但是陰極的研究很少,尤其是生物陰極的研究更少,在CW-MFC中,陰極是極其重要的一部分,電子、質子以及電子受體在陰極完成還原反應,陰極反應差,電化學反應緩慢,導致系統(tǒng)的電性能與凈水性能差。所以,本文對修飾陰極進行深入研究。本文分別采用強化曝氣陰極、微生物修飾陰極、化學修飾陰極對陰極的性能進行實驗研究和數(shù)值模擬,探討提高陰極性能的最佳方案。本文構建四個實驗柱,無修飾陰極搭建的CW-MFC作為實驗柱一,主要起對照作用;曝氣修飾陰極搭建的CW-MFC作為實驗柱二;三價鐵修飾陰極搭建的CW-MFC作為實驗柱三;反硝化細菌修飾陰極搭建的CW-MFC作為實驗柱四。通過對比實驗研究其產電性能與凈水性能的差別,以獲得最佳性能的修飾陰極。通過實驗研究我們得到了一下有價值的結論:（1）在電性能方面:曝氣修飾陰極CW-MFC的性能最好,達到穩(wěn)定所用的時間最短,且產生的最大電壓達到4... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：67 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

CW-MFC工作原理圖

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文-6-圖1-2自養(yǎng)反硝化過程中的生物化學步驟(1負責基因，E0’氧化還原電位，a膜結合蛋白，b周質蛋白反硝化細菌修飾陰極有以下優(yōu)點：（1）反硝化細菌內的酶作為催化劑，取代傳統(tǒng)的金屬催化劑，極大的降低了CW-MFC的成本；（2）克服了因金屬催化劑帶來的污染的問題，使提高了CW-MFC運行的穩(wěn)定性；（3）可利硝化及反硝化細菌協(xié)同作用強化降解水中NH-N，提高了CW-MFC對NH-N出去率效率。Homels等[23]人發(fā)現(xiàn)MFC陰極上沉積的微生物參與了反應，比如氨鹽的氧化以及硝酸鹽的還原，向人們展示了陰極中發(fā)生了氮的循環(huán)。Park等[24]人發(fā)現(xiàn)在微生物的作用下陰極中的NO-N會接受電子而被還原為N，NO-N的去除率達到98%。由此開始了對硝酸鹽作為MFC電子受體的研究。Virdis等[25]人構建了雙室MFC，將陽極出水導出至好氧反應器中進行硝化，然后在將出水引入陰極室發(fā)生反硝化，該裝置實現(xiàn)了連續(xù)的脫氮(圖1-3)。該裝置的有機物出去速率打到了2kgCOD/md，NO-N的去除速率為0.41kgNO-N/(md)，最大電流密度為133.3Am。Virdis等[26]人進一步進行研究，先在陰極中進行曝氣，將污水中的NH-N氧化成NO-N，然后再引入陰極，NO-N在陰極接受電子被還原成N，實現(xiàn)了硝化與反硝化的同步，出水的NO-N為1.0mg/L，NH-N的濃度別2.13mg/L，總氮的去除率為94.1％，最大輸出功率為6.1W/m。

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文-7-圖1-3生物陰極硝酸鹽還原的示意圖林等[27]人從缺氧池的活性污泥中進行篩選，選出具有反硝化性能強的反硝化菌群，利于此菌群修飾的陰極構建MFC，處理焦化廢水（圖1-4），對其進行研究。林等人將陰極放進反硝化菌群中進行吸附，直至飽和，然后放入30℃恒溫箱中進行靜置培養(yǎng)，由此得到反硝化細菌修飾陰極。當反硝化細菌修飾陰極MFC運行穩(wěn)定后，對系統(tǒng)的產電性能進行檢測，系統(tǒng)的輸出電壓為495mV，功率密度最高達29.23mV/m2，COD去除率達到70%。除此之外，對廢水中的其他污染物，如吲哚、吡啶、苯酚、喹啉等，均有較好的去除，苯酚的去除率為61%，吡啶、喹啉和吲哚的去除達到了30%。圖1-4反硝化菌生物修飾陰極MFC系統(tǒng)圖林等人通過該實驗得到：（1）48h的水利停留時間優(yōu)于24h。當水利停留時間為48h時，NO-N的去除率可以達到80%，明顯高于24h的水利停留時間;（2）組合優(yōu)勢菌反硝化能力比單株優(yōu)勢菌好。由于廢水的成分比較復雜，而且有毒、有害以及難降解的物質多，混合的菌組來進行生物降解，以彌補單株菌株抗逆性差的缺點，在48h的水利停留時間下組合組合優(yōu)反硝化細菌對硝酸鹽氮去除率可達99%。Abdullah[28]等人發(fā)明了一種自養(yǎng)反硝化微生物催化陰極反應裝置（圖1-5）。該裝置由三個由丙烯酸材料制成的腔體組成，腔室內部由質子交換膜(PEM)分隔，每個室都

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
[1]流化床微生物燃料電池模擬研究[D]. 尚均頂.青島科技大學 2018



本文編號：3347955