【摘要】：本實驗主要目的是研究微生物燃料電池的基本產電性能、探討COD與電壓之間的關系以及構造生物傳感器�；灸Ｐ蜑�:微生物燃料電池采用雙室構型,即陽極室和陰極室,兩者之間用質子交換膜隔開;陽極室和陰極室均用樹脂玻璃制造,長寬高為5.0X5.5X6.5cm,有效容積為150ml,注水有效容積為130ml,陽極室前后開一個5mm的小孔;陽極室為厭氧連續(xù)流,內置小磁珠,用蠕動泵以0.748ml/min將榨菜廢水輸入到陽極室;陰極室為好氧序批式,一周更換一次溶液,用真空泵以40-60ml/min向陰極室輸送空氣;質子交換膜采用陽離子交換膜,CEM,Ultrex CMI7000,Membranes International Inc.,USA,有效面積為5.5X5.5cm。電極采用碳布,長寬為5X4.5cm,有效面積為20.25m2,電極均不涂抹催化劑;陰極室和陽極室培養(yǎng)液均為一定濃度的榨菜廢水;電極連接外接電線與歐姆電阻和電壓采集系統(tǒng)相連,其中外電阻根據極化曲線和功率密度曲線確定為500歐姆,電壓采集系統(tǒng)每1.5min記錄一次數據。本實驗分為兩部分,序批式培養(yǎng)和連續(xù)流培養(yǎng),分別觀察對比微生物燃料電池對榨菜廢水中的COD、氨氮以及鹽度的處理情況和產電性能。序批式培養(yǎng),COD的去除率為88%,氨氮的去除率為9.8%,鹽度幾乎不發(fā)生變化,序批式電壓最大值為191mv。連續(xù)流分為九個階段,每個階段采用不同濃度的榨菜廢水為燃料,每個階段的COD去除率都在20%左右,最高為第九階段的31.7%;氨氮的去除率率為0.5%,最高為3%;鹽度幾乎沒有發(fā)生變化;第一階段到第六階段,電壓在161-172mv左右,最大值為172mv,電流密度為160-169.88m A/m2,最大值為169.88m A/m2,功率密度為25.92-29.22 m W/m2,最大值為29.22 m W/m2;第七階段到第九階段,由于COD濃度不能滿足微生物需求,電壓值逐步降低,由132mv降至45mv,電流密度由130.37 m A/m2降至44.44 m A/m2,功率密度由17.21 m W/m2降至2 m W/m2。構造模型,建立電壓與COD之間的數學關系�；诒緦嶒災Ｐ�,當榨菜廢水的COD濃度低于300mg/L時,電壓與COD之間幾乎呈線性關系,關系式為y=0.51x,其中y值為電壓,單位為mv,x值為COD濃度,單位為mg/L。本模型主要針對低濃度高鹽度的榨菜廢水,解決了COD測量時間長、受氯離子影響等問題。并可通過本實驗模型,進一步優(yōu)化,做成一個更穩(wěn)定更精準更快速的生物傳感器,快速測出電壓值以推算出COD濃度。
[Abstract]:The main purpose of this experiment is to study the basic electrical properties of microbial fuel cells, to investigate the relationship between COD and voltage, and to construct biosensors. The basic model is as follows: the microbial fuel cell adopts a two-compartment configuration, namely anode chamber and cathode cell, which are separated by proton exchange membrane; The anode chamber and cathode chamber are made of resin glass, the length and width are 5.0X5.5X6.5cm, the effective volume is 150ml, the effective volume of water injection is 130ml, and a small hole of 5mm is opened in the anodic chamber. The anode chamber is anaerobic continuous flow with small magnetic beads built in, and the waste water of pickle mustard is fed into the anode chamber by peristaltic pump with 0.748ml/min, the cathode chamber is aerobic sequencing batch type, the solution is changed once a week, and the air is transported to the cathode chamber by 40-60ml/min by vacuum pump. The proton exchange membrane was cationic exchange membrane and the effective area of CEM,Ultrex CMI7000,Membranes International Inc.,USA, was 5.5 x 5.5 cm. The electrode was made of carbon cloth, length and width was 5X4.5cm, effective area was 20.25m2, the electrode was not coated with catalyst, the culture medium of cathode chamber and anode chamber was a certain concentration of wastewater from mustard. The electrode connection wire is connected to the ohmic resistance and voltage acquisition system, where the external resistance is determined to be 500ohm according to the polarization curve and the power density curve, and the voltage acquisition system records the data once per 1.5min. The experiment was divided into two parts: sequential batch culture and continuous flow culture. The treatment of COD, ammonia nitrogen and salinity and the electrical properties of microbial fuel cell were observed and compared respectively. In sequencing batch culture, the removal rate of COD was 88%, the removal rate of ammonia nitrogen was 9.8, the salinity of the batch was almost unchanged, and the maximum voltage of sequence batch was 191 MV. The continuous flow is divided into nine stages. The COD removal rate of each stage is about 20%, the highest is 31.7% of the ninth stage, the removal rate of ammonia nitrogen is 0.5 and the highest is 3%. Salinity hardly changed; From the first stage to the sixth stage, the voltage is about 161-172mv, the maximum value is 172 MV, the current density is 160-169.88 Ma / m2, the maximum current density is 169.88 Ma / m2, and the power density is 25.92-29.22 MW / m2. The maximum value was 29.22mW / m2; From the seventh to the ninth stages, the voltage value decreased gradually from 132mv to 45mv, and the current density decreased from 130.37 m A/m2 to 44.44 Ma / m2 because the concentration of COD could not meet the demand of microorganism. The power density is reduced from 17.21 m W/m2 to 2 m W / m 2. The mathematical relationship between voltage and COD is established. Based on the experimental model, when the concentration of COD in pickle wastewater is lower than 300mg/L, the relationship between voltage and COD is almost linear, where y value is voltage, mv,x value is COD concentration and mg/L. is unit. This model mainly aims at the low concentration and high salinity of pickling wastewater, and solves the problems of long time of COD measurement and the influence of chloride ion. The model can be optimized to make a more stable, accurate and fast biosensor, and the voltage can be measured quickly to calculate the concentration of COD.
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM911.45;X703

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本文編號：2299501