本文選題：微生物燃料電池(MFC) + 低溫啟動(dòng)��； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：目前環(huán)境污染問(wèn)題影響著人們賴以生存的地球,而其中的廢水處理更是與人們的生活息息相關(guān)。所以一種既能處理廢水更能利用廢水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)生電能的微生物燃料電池(MFC)成為了研究熱點(diǎn)。然而MFC面臨的一個(gè)重大問(wèn)題就是在低溫條件下難以啟動(dòng),并且產(chǎn)電量較低。這一瓶頸決定著MFC能否在今后發(fā)展的道路實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題,本研究采用單室立方體MFC,以陰極碳布和陽(yáng)極碳刷為材料,在不同溫度(4℃、10℃、25℃)下連續(xù)接種MFC反應(yīng)器,從產(chǎn)電性能、有機(jī)污染物處理效果和陽(yáng)極生物膜微生物群落結(jié)構(gòu)等方面考察溫度,尤其是低溫(4℃)對(duì)MFC運(yùn)行的影響�；谝陨蠈�(shí)驗(yàn),本研究還利用以不銹鋼網(wǎng)為陰極材料的單室立方體MFC,考察在不同溫度(-20℃、4℃、10℃、25℃)、不同馴化時(shí)間(7天、14天)下的接種物,開發(fā)低溫(4℃)快速啟動(dòng)MFC的方法,并提高低溫條件下MFC的產(chǎn)電性能。本研究所得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:4℃、10℃、25℃三個(gè)溫度條件下連續(xù)接種MFC反應(yīng)器分別得到的最大輸出電壓分別為481m V、482m V、501m V;啟動(dòng)成功達(dá)到最大輸出電壓的時(shí)間分別為349h、377h、238.5h;最大輸出功率分別為550m W/m2、669.3 m W/m2、808.5m W/m2;COD去除率差異不顯著,而在庫(kù)倫效率方面差異比較明顯,分別為37.5%、28.2%、43.3%。根據(jù)454焦磷酸測(cè)序結(jié)果可知,在門和綱的分類水平下,4℃、10℃、25℃連續(xù)接種啟動(dòng)MFC的陽(yáng)極生物膜群落結(jié)構(gòu)較為相似,都包括Proteobacteria、Bacteroidetes、Firmicutes、Spirochaetae,但其豐度不同。屬水平下4℃、10℃、25℃連續(xù)接種啟動(dòng)MFC的陽(yáng)極生物膜群落結(jié)構(gòu)差異顯著,其中Aeromonas、Acholeliasma、Alkaliflexus、Acinetobacter為三個(gè)樣品(S4、S10、S25)中的優(yōu)勢(shì)菌。其中Aeromonas的豐度分別為4.4%、1.3%、2.7%;Acholeliasma為10.8%、1.2%、9.7%;Acinetobacter為3.16%、2.68%、4.71%;Alkaliflexus為3.6%、2.2%、2.48%,它屬于擬桿菌綱理研菌科。Desulfuromonas存在于S4中,其在S10、S25未被檢出。S4樣品內(nèi)Anaerovorax(6%)的豐度高于S10(3.5%)和S25(1.4%),它屬于厚壁菌門-梭菌綱-優(yōu)桿菌科。S4樣品還包含Armatimonadetes,豐度為7.3%,明顯高于S10、S25。在低溫(4℃)連續(xù)接種啟動(dòng)MFC的陽(yáng)極生物膜上存在一些耐受低溫的產(chǎn)電菌,這些菌屬擁有異于適溫菌屬的產(chǎn)電機(jī)制,是MFC能夠在低溫條件下正常運(yùn)行的原因。從-20℃、4℃、10℃、25℃四個(gè)溫度條件下馴化不同時(shí)間(7天、14天)的接種物于4℃啟動(dòng)的MFC中可以發(fā)現(xiàn):馴化7天的接種物于4℃啟動(dòng)時(shí),4℃馴化組的MFC在運(yùn)行728h時(shí)達(dá)到最大輸出電壓461m V;未馴化的對(duì)照組在281.5h時(shí)到達(dá)最大輸出電壓420m V,但其在下一個(gè)周期出現(xiàn)輸出電壓下降現(xiàn)象,說(shuō)明馴化組相較于未馴化組的輸出電壓更為穩(wěn)定。馴化接種物14天時(shí),4℃馴化組在MFC運(yùn)行到1170h時(shí),達(dá)到最大輸出電壓474m V。4℃馴化7天和14天的最大功率密度分別為526m W/m2、650 m W/m2;開路電壓分別為564m V和588m V。不同溫度馴化接種物對(duì)COD去除率影響不大,但在庫(kù)倫效率方面,馴化接種物有優(yōu)勢(shì),4℃馴化7天接種于4℃MFC的庫(kù)倫效率為68.2%,比對(duì)照組高29.4%。而-20℃馴化活性污泥組因?yàn)闇囟冗^(guò)低,其反應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)間、輸出電壓、功率密度等方面的產(chǎn)電性能較差,不適宜作為馴化接種物的溫度選擇。本實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了低溫(4℃)成功啟動(dòng)MFC,其產(chǎn)電性能較為理想,并且通過(guò)馴化接種物開發(fā)了低溫(4℃)快速啟動(dòng)MFC的方法,在低溫條件下實(shí)現(xiàn)了具有廣泛應(yīng)用價(jià)值的廢水處理技術(shù)。
[Abstract]:The experiment results show that the maximum output voltage of MFC is 481m V , 482m V , 238.5h at different temperatures ( -20 鈩，

本文編號(hào)：2040056