本文關(guān)鍵詞：雙室微生物燃料電池產(chǎn)電性能及脫氮效果試驗研究

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【摘要】：微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell,MFC)是一種可同時凈化廢水并回收能源物質(zhì)的新興廢水資源化技術(shù)。MFC的基本原理是利用微生物作為催化劑,以廢水中的有機物為燃料,將其中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。在當(dāng)前環(huán)境污染嚴重、能源匱乏的雙重壓力下,兼具去污產(chǎn)電功能的MFC的應(yīng)用為廢水處理開辟了一條嶄新而寬闊的道路。本文構(gòu)建了雙室微生物燃料電池,考察了四種不同陰極(曝氣陰極1、鐵氰化鉀陰極、曝氣陰極2及缺氧陰極)條件下MFC的產(chǎn)電性能,重點考察了鐵氰化鉀作陰極電子受體對MFC陰極性能的改善作用,得出以下主要結(jié)論:以亞硝酸鹽作電子受體時,缺氧陰極得到的開路電壓最低,僅為433.5 mV;使用超電勢較低的鐵氰化鉀作電子受體時,MFC的開路電壓最高,為744.2 mV,且使用鐵氰化鉀作電子受體不僅可以使MFC獲得較高的產(chǎn)電性能,而且能對MFC陰極產(chǎn)生持久性的改善作用。對好氧陰極MFC中氨氮的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律進行了研究。結(jié)果顯示:MFC中NH4+通過質(zhì)子交換膜遷移到陰極的速率與電流密度有關(guān)。當(dāng)電流密度較小時,NH4+遷移速率與電流密度呈正相關(guān)關(guān)系;當(dāng)電流密度達到某一較大值后,NH4+遷移速率將達到最大,此后,電流密度增加不會引起NH4+遷移速率的增加。另外,可以利用好氧陰極MFC回收模擬垃圾滲濾液中的氨。構(gòu)建自養(yǎng)反亞硝化MFC,重點考察DO、電子傳遞、亞硝酸鹽進水負荷對MFC脫氮性能及產(chǎn)電性能的影響。同時,試驗研究了自養(yǎng)反亞硝化MFC脫氮過程中N2O的產(chǎn)生過程,并在此基礎(chǔ)上提出了N2O減量化途徑。試驗結(jié)果表明:低的DO濃度下,MFC輸出功率較低,但反亞硝化效果相對較好,且低氧環(huán)境下的反亞硝化過程中N2O的產(chǎn)量較低;高的亞硝酸鹽濃度會抑制反亞硝化的順利進行,導(dǎo)致N2O的積累。
【關(guān)鍵詞】：微生物燃料電池 產(chǎn)電性能 氨氮遷移 反亞硝化 氧化亞氮
【學(xué)位授予單位】：長安大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X703;TM911.45
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-24
• 1.1 能源危機與環(huán)境問題10-13
• 1.2 污水資源化研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 微生物燃料電池概述14-17
• 1.3.1 MFC的定義及分類14-16
• 1.3.2 MFC的工作原理16-17
• 1.4MFC的應(yīng)用研究現(xiàn)狀17-21
• 1.4.1 MFC處理有機廢水研究進展17-18
• 1.4.2 MFC脫氮研究進展18-19
• 1.4.3 氮的遷移規(guī)律研究進展19-20
• 1.4.4 MFC的應(yīng)用研究進展20-21
• 1.5 MFC存在的問題和發(fā)展展望21-22
• 1.5.1 MFC存在的主要問題21-22
• 1.5.2 MFC的發(fā)展展望22
• 1.6 課題研究的目的與內(nèi)容22-24
• 1.6.1 課題研究的目的與意義22
• 1.6.2 課題的主要研究內(nèi)容22-24
• 第二章 試驗材料與方法24-31
• 2.1 試驗裝置24-26
• 2.1.1 MFC基本試驗裝置24
• 2.1.2 氨回收MFC試驗裝置24-25
• 2.1.3 自養(yǎng)反亞硝化MFC裝置25-26
• 2.2 MFC的接種與啟動26-27
• 2.3 評價MFC性能的參數(shù)及計算方法27-30
• 2.3.1 電池內(nèi)阻27
• 2.3.2 開路電壓27-28
• 2.3.3 電流密度與功率密度28-29
• 2.3.4 庫倫效率29
• 2.3.5 極化曲線及功率密度曲線29-30
• 2.3.6 污染物去除效率30
• 2.4 分析測量方法30-31
• 第三章 不同陰極微生物燃料電池的產(chǎn)電性能31-38
• 3.1 開路電壓33-34
• 3.2 功率密度及極化曲線34-35
• 3.3 內(nèi)阻35-36
• 3.4 庫倫效率36-37
• 3.5 本章小結(jié)37-38
• 第四章 MFC中氮的遷移規(guī)律38-45
• 4.1 氨氮在MFC中的遷移及轉(zhuǎn)化過程38-39
• 4.1.1 硝化作用38-39
• 4.1.2 反硝化作用39
• 4.1.3 同步硝化反硝化作用39
• 4.2 氨氮遷移的動力學(xué)分析39-42
• 4.3 垃圾滲濾液中的氨回收42-43
• 4.4 本章小結(jié)43-45
• 第五章 自養(yǎng)反亞硝化MFC脫氮研究45-56
• 5.1 自養(yǎng)反亞硝化MFC脫氮機理45-46
• 5.2 自養(yǎng)反亞硝化微生物燃料電池的構(gòu)建46
• 5.3 亞硝酸鹽負荷對輸出功率及脫氮效率的影響46-48
• 5.4 MFC脫氮過程中N_2O的產(chǎn)生與控制48-54
• 5.4.1 N_2O的產(chǎn)生及危害48-49
• 5.4.2 MFC脫氮過程中影響N_2O產(chǎn)生的影響因素49-54
• 5.4.3 反亞硝化MFC脫氮過程中N_2O的控制54
• 5.5 本章小結(jié)54-56
• 結(jié)論與建議56-58
• 結(jié)論56-57
• 建議57-58
• 參考文獻58-67
• 攻讀學(xué)位期間取得的研究成果67-68
• 致謝68

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