【摘要】：煉油污水是來(lái)自石油煉制行業(yè)一類(lèi)特殊的污水，含有大量生物有害污染物，其排放量隨著石油開(kāi)采行業(yè)的發(fā)展而逐年攀升。傳統(tǒng)煉油污水處理過(guò)程需消耗大量能量，且在生物氧化過(guò)程中，微生物轉(zhuǎn)化后的大量能量均以熱能的形式耗散，無(wú)法回收利用，已無(wú)法滿(mǎn)足時(shí)代發(fā)展的需求。 微生物燃料電池（MFC）可在污水處理的同時(shí)，直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能回收利用，因此本文以煉油污水為研究對(duì)象，組建MFC，探索以MFC技術(shù)同步處理煉油廢水并回收能量的可行性，全面考察各結(jié)構(gòu)與運(yùn)行參數(shù)對(duì)煉油廢水MFC性能的影響，系統(tǒng)分析電池陽(yáng)極富集的優(yōu)勢(shì)微生物群落結(jié)構(gòu)，并利用分離純化出的單菌株優(yōu)勢(shì)微生物開(kāi)展煉油廢水MFC內(nèi)微生物協(xié)同作用與代謝特征的實(shí)驗(yàn)研究，初步探討MFC內(nèi)電子傳遞機(jī)制。以上研究取得的成果主要包括： （1）單室及雙室MFC皆可利用煉油廢水為底物產(chǎn)電，且雙室MFC的產(chǎn)電及降解性能明顯優(yōu)于單室MFC，其最高輸出電壓可達(dá)268mV，油類(lèi)污染物最高去除率可達(dá)81.8±3%，但煉油廢水MFC的庫(kù)倫效率較低，僅為2.5%-3.0%。 （2）除陰極面積外，接種液、外接電阻、電導(dǎo)率、pH值、緩沖強(qiáng)度、陽(yáng)極濃度、陰極濃度、陰極液種類(lèi)等基礎(chǔ)參數(shù)均可影響電池產(chǎn)電性能。為實(shí)現(xiàn)較好的產(chǎn)電性能，需使用較高的外接電阻，維持較高的陽(yáng)極電導(dǎo)率、陽(yáng)極緩沖強(qiáng)度、陽(yáng)極濃度、陰極濃度和偏堿性的陽(yáng)極pH值等。 （3）填料性質(zhì)可嚴(yán)重影響煉油廢水MFC的產(chǎn)電及污水處理性能。填料導(dǎo)電性越好，電池產(chǎn)電性能越好（305mV），歐姆內(nèi)阻越低（446Ω），陽(yáng)極富集微生物群落多樣性越高，，陽(yáng)極極化現(xiàn)象越弱，且電池對(duì)煉油廢水處理效果越好；填料吸附性能越好，表觀內(nèi)阻越低（957Ω）；電池穩(wěn)定性越好；填料性質(zhì)可直接影響石油污染物在電池內(nèi)的降解規(guī)律，無(wú)填料時(shí)，烴類(lèi)物質(zhì)優(yōu)先被降解，以吸附性較強(qiáng)的物質(zhì)為填料時(shí)，芳烴類(lèi)及揮發(fā)酚類(lèi)物質(zhì)優(yōu)先被降解。石墨填料電池內(nèi)，微生物代謝產(chǎn)生的電子主要通過(guò)石墨本身傳遞至電極，而活性炭填料電池內(nèi)，由于活性炭導(dǎo)電性差，微生物會(huì)衍生納米導(dǎo)線(xiàn)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)傳遞電子。 （4）在煉油廢水MFC內(nèi)，微桿菌、類(lèi)芽孢桿菌及異常球菌間存在微生物協(xié)同拮抗作用，類(lèi)芽孢桿菌與異常球菌間的確存在微生物協(xié)同作用，而微桿菌會(huì)抑制類(lèi)芽孢桿菌及異常球菌的產(chǎn)電及代謝性能，且其對(duì)類(lèi)芽孢桿菌的抑制作用明顯高于異常球菌，微桿菌對(duì)類(lèi)芽孢桿菌與異常球菌的抑制作用明顯強(qiáng)于此二株菌間的協(xié)同作用。這是因?yàn)槲U菌、類(lèi)芽孢桿菌及異常球菌的污染物代謝功能不同。
【圖文】：

中國(guó)石油大學(xué)（北京）博士學(xué)位論文閉合回路，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生電壓，釋放電能，細(xì)胞以動(dòng)所需的能量[3]。以醋酸為底物時(shí)，微生物燃料電池陰陽(yáng)極示[13]。極反應(yīng)： CH COO 2HO 2CO 7H 8e322極反應(yīng)： HeOHO224 4 2

A. 利用呼吸產(chǎn)物 B. 利用發(fā)酵產(chǎn)物 C. 利用次級(jí)代謝產(chǎn)物圖2.5 微生物利用代謝產(chǎn)物進(jìn)行電子傳遞示意圖[43]Fig. 2.5 Schematic of mechanism for microorganisms to transfer electrons by metabolins[43]然而，隨著生物分析技術(shù)的進(jìn)步，微生物燃料電池內(nèi)胞外產(chǎn)電菌的多樣性要遠(yuǎn)高于預(yù)測(cè)水平，因此，仍需進(jìn)一步開(kāi)展研究，深入探索電池內(nèi)由微生物菌體至電極的電子傳遞機(jī)制[3]。2.3.3 MFC 中內(nèi)阻的分布目前，微生物燃料電池相關(guān)研究工作均處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段，無(wú)法達(dá)到實(shí)際工業(yè)化應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，而限制該技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵因素是電池的輸出功率較低，無(wú)法滿(mǎn)足工業(yè)化應(yīng)用的要求。因此，如何提高電池功率輸出性能并降低電池能量?jī)?nèi)耗是眾多研究者關(guān)注的熱點(diǎn)[49,50]。內(nèi)阻是影響微生物燃料電池功率輸出的主要因素之一，內(nèi)阻越大，電池自身?yè)p耗電能越多，相應(yīng)的，輸出功率越低[51]。根據(jù)物理學(xué)原理，當(dāng)電路外電阻與內(nèi)電阻數(shù)值一致時(shí)，電池輸出功率達(dá)到最大[52]。微生物燃料電池的內(nèi)阻由歐姆內(nèi)阻、傳質(zhì)內(nèi)阻及活化內(nèi)阻構(gòu)成
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)石油大學(xué)（北京）
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TM911.45;X742

【參考文獻(xiàn)】

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1 蘇佳;付玉彬;宰學(xué)榮;;海底微生物燃料電池陽(yáng)極鄰苯二酚紫修飾及電化學(xué)性能[J];材料開(kāi)發(fā)與應(yīng)用;2011年04期

2 寶s

本文編號(hào)：2534113