發(fā)布時間：2020-04-26 05:24

【摘要】：隨著氮素的污染日益加劇和能源短缺問題的凸顯,如何在進(jìn)行廢物資源回收的同時進(jìn)行氮的去除是我們迫切需要解決的問題。本課題研究了反硝化過程的影響因素,并將微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell,MFC)與厭氧生物濾池(Anaerobic Biofilter,AF)脫氮工藝進(jìn)行耦合,彌補(bǔ)了常規(guī)生物脫氮工藝對碳源利用不充分的問題,提高了碳源的有效利用率和脫氮效率,分析了其反應(yīng)機(jī)制和微生物群落結(jié)構(gòu),探討了微生物燃料電池-厭氧生物濾池(Microbial Fuel Cell-Anaerobic Biofilter,MFC-AF)耦合系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用的可能和經(jīng)濟(jì)效能,為MFC的實(shí)際應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和借鑒。通過分析反硝化過程中的碳源、pH、碳氮比三個影響反硝化的因素,得到了反硝化在利用乙酸鈉為碳源時有著較高的硝態(tài)氮去除速率為v_a=10.1 mg/(L·h),乳酸鈉的亞硝酸根富集最少僅為TN的5.6%。乙酸鈉為碳源時,最適宜碳氮比為2:1,48 h去除93.4%的TN。最適合的反硝化pH范圍在8左右,此時硝態(tài)氮去除速率可達(dá)30.08 mg/(L·h),TN去除率為97.36%,亞硝酸根只有少量累積且快速去除。利用構(gòu)建的MFC-AF耦合反應(yīng)器和單一AF反應(yīng)器進(jìn)行了反硝化和產(chǎn)電研究。在充足碳源的條件下,MFC-AF耦合反應(yīng)器的最高輸出電壓為0.47 V左右,并且在電流密度為1.35 A/m~3時,達(dá)到最大輸出功率為0.38 W/m~3,反應(yīng)器內(nèi)阻為200Ω。在0.6/0.3/0.15 g/L的乙酸鈉碳源條件下,MFC-AF反應(yīng)器的COD和TN的平均去除效果均優(yōu)于單一AF反應(yīng)器,尤其在低濃度碳源0.15 g/L的條件下,MFC-AF對COD利用率高達(dá)90.10%,脫氮率為75.67%,比AF反應(yīng)器脫氮率高出16.05%,產(chǎn)生0.10 V左右的輸出電壓,由此可見MFC與厭氧生物濾池的耦合即可以提高單一厭氧生物濾池的脫氮效率,也可提高碳源的利用率。為研究MFC-AF的最佳產(chǎn)電效率,對碳源濃度進(jìn)行優(yōu)化,優(yōu)化后的碳源濃度為0.24 g/L,COD平均去除率為去除率為87.60%,TN去除率為86.91%,輸出電壓穩(wěn)定在0.35 V,庫倫效率為8.66%,與模擬值8.88%近似。對兩個反應(yīng)器進(jìn)行微生物群落結(jié)構(gòu)分析,發(fā)現(xiàn)MFC-AF反應(yīng)器的微生物群落的豐度優(yōu)于AF反應(yīng)器,且不同位置的群落結(jié)構(gòu)差異明顯,耦合反應(yīng)器中主要的微生物有Azospira sp.、Trichococcus sp.、Nitrospira sp.、Dechloromonas sp.、Flavobacterium sp.、Terrimonas sp.、Geobacter sp.等,其中Trichococcus sp.、Geobacter sp.和Flavobacterium sp.已有文獻(xiàn)表明可具有胞外電子轉(zhuǎn)移的能力,Azospira sp.、Dechloromonas sp.、Nitrospira sp.和Terrimonas sp.已被證實(shí)具有脫氮反硝化的能力。RDA/CCA顯示出環(huán)境因子COD和Nitrate之間呈現(xiàn)正相關(guān)性,COD和Nitrate與pH均呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性,兩個反應(yīng)器在濾層底部的生物樣差別最大。MFC-AF的八個生物樣中的五個都與Nitrate呈現(xiàn)出正相關(guān),而AF反應(yīng)器僅有兩個,說明反硝化菌群在MFC-AF中整體分布更加廣泛,反硝化能力更強(qiáng)。最后對MFC-AF耦合反應(yīng)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用做了一些初步討論和經(jīng)濟(jì)效能分析,若將MFC-AF應(yīng)用于深度脫氮工藝(以乙酸鈉為外加碳源),則運(yùn)行成本為0.2586元/噸污水,回收電能約為35.77萬元/年(處理規(guī)模3.0萬噸/d)。外加碳源費(fèi)是運(yùn)行成本的主要構(gòu)成。
【圖文】：

徑和脫氮過程的電子接受量，分析乙酸鈉的有效AF 反應(yīng)器的生物菌落結(jié)構(gòu)。對長期運(yùn)行的反應(yīng)器不A 高通量測序分析，解析不同區(qū)域的主導(dǎo)微生物種群進(jìn)行分析。是 MFC-AF 實(shí)際應(yīng)用討論和經(jīng)濟(jì)效能分析。為了給應(yīng)用提供更多的借鑒，我們對其實(shí)際應(yīng)用的可能方論和估算。置兩個反應(yīng)器，一個是微生物燃料電池-厭氧生物濾池一個是厭氧生物濾池（AF）反應(yīng)器（AF）。MFC-A陰極，，以整個石墨顆粒濾層為陽極。兩個反應(yīng)器均相同，如圖 2-1�？�?cè)莘e 2.785 L，陽極反應(yīng)區(qū)體積L，陰陽極之間的距離 40 mm，體積 0.36 L，反應(yīng)器m，在反應(yīng)區(qū)自上而下均勻設(shè)置 4 個取樣孔，用于在運(yùn)水速率為 1.18 mL/min，HRT 為 24 h，回流比為 1:

圖 4-32 優(yōu)化函數(shù)圖像5.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證此階段的碳源乙酸鈉濃度為 240 mg/L，硝酸根濃度 100 mg/L，運(yùn)行 30 證 MFC-AF 反應(yīng)器的運(yùn)行效果。.2.1 COD 去除效果研究反應(yīng)器 COD 去除效果分別見圖 4-33。140 144 148 152 156 160 164 168 1720255075100125150175200CDO（mgL/）進(jìn)水出水中間
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM911.4

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 薛武丹;彭黨聰;王攀;董濤;;溶解氧對氧化溝同步硝化反硝化脫氮比率的影響[J];環(huán)境工程學(xué)報(bào);2015年07期

2 周丹;周雹;;污水脫氮工藝中外部碳源投加量簡易計(jì)算方法[J];給水排水;2011年11期

3 王社平;黃寧俊;邵軍峰;彭黨聰;蘇愛妮;魯海峰;尹博涵;;倒置A~2/O工藝對城市污水的處理效果分析[J];中國給水排水;2011年21期

4 馬放;李平;張曉琦;孫靜文;王弘宇;張佳;;SBR反應(yīng)器同步硝化反硝化影響因素及其特性[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2011年08期

5 陳英文;趙冰怡;劉明慶;沈樹寶;;堿度指示MBR中同步硝化反硝化的研究[J];環(huán)境工程學(xué)報(bào);2010年02期

6 周碧波;操家順;徐哲明;;反硝化生物濾池的掛膜與啟動[J];環(huán)境科技;2009年03期

7 殷芳芳;王淑瑩;昂雪野;侯紅勛;彭永臻;王偉;;碳源類型對低溫條件下生物反硝化的影響[J];環(huán)境科學(xué);2009年01期

8 馬娟;彭永臻;王麗;王淑瑩;;溫度對反硝化過程的影響以及pH值變化規(guī)律[J];中國環(huán)境科學(xué);2008年11期

9 祝貴兵;彭永臻;郭建華;;短程硝化反硝化生物脫氮技術(shù)[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2008年10期

10 溫青;劉智敏;陳野;李凱峰;朱寧正;;空氣陰極生物燃料電池電化學(xué)性能[J];物理化學(xué)學(xué)報(bào);2008年06期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 朱娟平;濕地植物—沉積物微生物燃料電池產(chǎn)電及底泥修復(fù)研究[D];華南理工大學(xué);2016年

本文編號：2641143