【摘要】：微生物燃料電池(MFC)作為一種新型的生物反應器,被人們廣泛的研究。這種實驗裝置和理念的發(fā)展對能源和環(huán)境是一種至關重要的改革。對污水處理來說可以大幅度的降低運行成本。在現(xiàn)今社會的能源危機和環(huán)境污染嚴重的今天是十分受人們關注的一種新型能源。單室空氣陰極型微生物燃料電池,以實驗室中同步運行的雙泥生物膜亞硝化反硝化除磷裝置中的污泥接種到單室微生物燃料電池當中,陽極接種污泥取自厭氧池,以實際生活污水為微生物燃料電池陽極液,同時研究該系統(tǒng)處理生活污水并同時產電的效果。雙室微生物燃料電池采用實驗室同步運行的雙泥生物膜亞硝化反硝化除磷裝置中的污泥接種到雙室微生物燃料電池當中,陽極接種污泥取自厭氧池,陰極接種污泥取自缺氧池,能夠達到處理生活污水的同時產生電能。實驗結果表明以碳氈為微生物燃料電池的陽極材料,石墨板為陰極材料,以空氣作為陰極電子受體的單室微生物燃料電池處理實際生活污水,微生物燃料電池能夠成功穩(wěn)定運行,單室微生物燃料電池外接不同電阻時,當外接電阻為1000Ω時,MFC的最大功率為31.5mW·m-3,當外接電阻為1000Ω時,微生物燃料電池的陽極COD處理效果最好,去除率為82.1%,由于接種污泥為混合菌種,所以對陽極室內的氨氮因此一定的處理效果,但外接電阻的大小對微生物燃料電池陽極內的氨氮的去除影響很小。單室微生物燃料電池陽極區(qū)面積大小不同時,當陽極區(qū)面積為64cm2時,微生物燃料電池的平均輸出電壓和最大功率密度分別為0.45V和41.4mW·m-3,當微生物燃料電池陽極區(qū)面積為64cm2時,微生物燃料電池陽極COD去除率為84.83%,此時去除率最高。當向微生物燃料電池陽極室內投加KCl電解質濃度為80mmol·L"1時,微生物燃料電池的平均輸出電壓和最大功率密度最大,分別為0.55V和51.4mW·m-3,陽極COD去除率為80.83%。而以碳氈為微生物燃料電池陽極和陰極材料,以硝酸鹽為陰極的電子受體的雙室微生物燃料電池處理實際生活污水,微生物燃料電池能夠成功穩(wěn)定運行,陰極以硝酸鹽為電子受體的雙室微生物燃料電池當硝酸鹽質量濃度為160mg·L-1時,MFC的產電效果最好,平均輸出電壓和最大功率密度分別為0.28V和35.39mW·m-3。在陰極硝酸鹽質量濃度為160mg·L-1時,陽極分解有機物的量增加,COD的去除效果最好,去除率為93.22%。隨著陰極硝酸鹽質量濃度變化,陽極氨氮的去除率分別為20.58%、21.05%、20.98%、20.62%、19.96%、20.23%,變化很小,所以陰極硝酸鹽質量濃度對陽極氨氮的去除率的影響很小。陰極投加不同濃度有機物時,由于發(fā)生了非電極反硝化,所以微生物燃料電池陰極的亞硝酸鹽積累濃度減小,當C/N增加到3時,亞硝酸鹽的積累濃度接近于零。不加入有機物時,MFC的平均輸出電壓和最大功率密度分別為0.28V和35.39mW·m-3,當加入有機物時,MFC的平均輸出電壓和最大功率密度分別為0.22V和28.3mW·m-3,由于陰極的硝酸鹽大量的發(fā)生了非電極反硝化,所以產電與陰極不加入有機物時相比效果不好。陽極處理情況與不加有機物相比處理效果不好。當外接電阻為1000Ω時,微生物燃料電池的產電效果最好,其平均輸出電壓和最大功率密度分別為0.19V和20.6mW·m3。此時,由于產電效果最好,所以MFC的水處理效果出最好。當微生物燃料電池陰陽兩極電極間距不同時,當微生物燃料電池的電極間距為10cm時,電池的平均輸出電壓和最大功率密度分別為0.22V和29mW.m-3。當單室微生物燃料電池產電情況和水處理情況最好時,即電池外接電阻為1000Ω、陽極區(qū)面積為64cm2、向陽極投加KCl電解質為80mmol·L-1時,微生物燃料電池的平均輸出電壓和最大功率密度分別為0.55V和31.5mW·m-3,陽極COD去除率為80.83%;而當雙室微生物燃料電池產電和水處理情況最好時,即電池外接電阻為1000Ω、陰極硝酸鹽濃度為160mg·L-1、陰極C/N比為2、電極間距為10cm、陰極與陽極面積均為64cm2、向陽極投加KCl電解質為80mmol·L-1時,微生物燃料電池平均輸出電壓和最大功率密度分別為0.22V和29mW·m-3,陰極硝酸鹽去除率高達92%,陽極COD去除率為80%。從以上微生物燃料電池均采用本實驗中產電和水處理效果最好的情況數據比較可知,單室微生物燃料電池的性能更優(yōu),但雙室微生物燃料電池的陰極可能處理含有硝酸鹽的廢水,所以此種雙室微生物燃料電池更具發(fā)展前景。
[Abstract]:The microbial fuel cell (MFC), as a new type of bioreactor, is widely studied. The development of such experimental devices and ideas is a vital reform of energy and the environment. And the running cost can be greatly reduced for sewage treatment. Nowadays, the energy crisis and environmental pollution of the present society are a new type of energy which is very concerned by the people. the invention relates to a single-chamber air cathode-type microbial fuel cell, which is used for inoculating the sludge in a single-chamber microbial fuel cell by a double-mud biological film nitrosation denitrification and dephosphorization device which is synchronously operated in a laboratory, wherein the anode inoculation sludge is taken from an anaerobic tank, and the actual domestic sewage is an anode liquid of a microbial fuel cell, At the same time, the effect of the system on the treatment of domestic sewage and the simultaneous production of electricity is also studied. the double-chamber microbial fuel cell is inoculated into a double-chamber microbial fuel cell by a double-mud biological film subnitrating denitrification and dephosphorization device which is synchronously operated by a laboratory, the anode inoculation sludge is taken from an anaerobic tank, and the cathode inoculation sludge is taken from an anoxic tank, And the electric energy can be generated at the same time of treating the domestic sewage. the experimental results show that the carbon felt is the anode material of the microbial fuel cell, the graphite plate is a cathode material, the air is used as a single-chamber microbial fuel cell of the cathode electron acceptor to treat the actual domestic sewage, and the microbial fuel cell can be stably operated, when the external resistance is 1000惟, the maximum power of the MFC is 31.5 mW 路 m-3, when the external resistance is 1000惟, the COD treatment effect of the anode of the microbial fuel cell is the best, the removal rate is 82.1%, and the inoculated sludge is a mixed strain, Therefore, the ammonia nitrogen in the anode chamber has a certain treatment effect, but the size of the external resistor has little effect on the removal of the ammonia nitrogen in the anode of the microbial fuel cell. when the area of the anode region of the single-chamber microbial fuel cell is different, when the area of the anode region is 64 cm2, the average output voltage and the maximum power density of the microbial fuel cell are 0.45 V and 41.4 mW 路 m-3, respectively, and when the area of the anode region of the microbial fuel cell is 64 cm2, The removal rate of COD of the anode of the microbial fuel cell was 84.83%, and the removal rate was the highest. When the concentration of KCl electrolyte is 80 mmol 路 L "1 in the anode of the microbial fuel cell, the average output voltage and the maximum power density of the microbial fuel cell are respectively 0.55 V and 51.4 mW 路 m-3, and the COD removal rate of the anode is 80.83%. and the carbon felt as the anode and the cathode material of the microbial fuel cell, the double-chamber microbial fuel cell with the electron acceptor with the nitrate as the cathode is used for treating the actual domestic sewage, and the microbial fuel cell can be stably operated, When the nitrate mass concentration of the two-chamber microbial fuel cell with nitrate as the electron acceptor is 160 mg 路 L-1, the electric effect of the MFC is the best, the average output voltage and the maximum power density are 0.28 V and 35.39 mW 路 m-3, respectively. When the nitrate mass concentration of the cathode is 160 mg 路 L-1, the amount of organic matter decomposed by the anode is increased, the removal effect of COD is the best, and the removal rate is 93.22%. With the change of the cathode nitrate mass concentration, the removal rate of the anode ammonia nitrogen was 20.58%, 21.05%, 20.98%, 20.62%, 19.96% and 20.23%, respectively. The concentration of nitrite in the cathode of the microbial fuel cell is reduced when the non-electrode denitrification occurs due to the non-electrode denitrification, and when the C/ N is increased to 3, the accumulation concentration of the nitrite is close to zero. The average output voltage and the maximum power density of the MFC are 0.28 V and 35.39 mW 路 m-3, respectively. When the organic matter is added, the average output voltage and the maximum power density of the MFC are 0.22V and 28.3 mW 路 m-3, respectively. So that the effect is not good when the electricity generation and the cathode are not added with the organic matters. The treatment effect of the anode is not good compared with the addition of the organic matter. The average output voltage and the maximum power density of the microbial fuel cell are 0.19V and 20.6 mW 路 m3, respectively, when the external resistance is 1000惟. At this time, the water treatment effect of the MFC is the best due to the best electric power generation effect. When the spacing of the anode and cathode electrodes of the microbial fuel cell is different, the average output voltage and the maximum power density of the battery are 0.22 V and 29 mW. m-3, respectively, when the electrode pitch of the microbial fuel cell is 10 cm. The average output voltage and the maximum power density of the microbial fuel cell are 0.55 V and 31.5 mW 路 m-3, respectively, when the electricity generation condition and the water treatment condition of the single-chamber microbial fuel cell are the best, that is, the external resistance of the battery is 1000惟, the area of the anode area is 64 cm2, and the KCl electrolyte is added to the anode to be 80 mmol 路 L-1, the average output voltage and the maximum power density of the microbial fuel cell are 0.55 V and 31.5 mW 路 m-3, respectively. the removal rate of the COD of the anode is 80.83%, and when the electric and water treatment conditions of the double-chamber microbial fuel cell are the best, the external resistance of the battery is 1000惟, the concentration of the cathode nitrate is 160 mg 路 L-1, the cathode C/ N ratio is 2, the distance between the electrodes is 10 cm, the area of the cathode and the anode is 64 cm2, The average output voltage and the maximum power density of the microbial fuel cell were 0.22 V and 29 mW 路 m-3 at the time of adding the KCl electrolyte to the anode, and the removal rate of the cathode nitrate was as high as 92%, and the removal rate of the anode COD was 80%. It is known from the above microbial fuel cell that the performance of the single-chamber microbial fuel cell is superior, but the cathode of the dual-chamber microbial fuel cell may process wastewater containing nitrate, Therefore, the double-chamber microbial fuel cell has a more development prospect.
【學位授予單位】：沈陽建筑大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：X703;TM911.45

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本文編號：2492902