本文關(guān)鍵詞：沉積物微生物燃料電池在水體除硝氮中的應(yīng)用研究

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【摘要】：氮是水體富營養(yǎng)化的關(guān)鍵限制因子。水體硝酸鹽氮的治理對水體環(huán)境質(zhì)量的總體改善及水體生態(tài)系統(tǒng)功能的恢復(fù)具有重要意義。沉積物微生物燃料電池(SMFC)利用微生物做催化劑,在氧化底泥有機(jī)物獲得電能的同時(shí)對水體進(jìn)行處理。本論文利用SMFC系統(tǒng)去除水體中的硝酸鹽氮,同時(shí)對系統(tǒng)的陽極及陰極進(jìn)行了研究。本研究以湖泊底泥為陽極底物,含氮配水為陰極液搭建了沉積物微生物燃料電池系統(tǒng)(SMFC)。所搭建的SMFC電池系統(tǒng),具有良好的產(chǎn)電、除氮性能,啟動(dòng)運(yùn)行約285h后達(dá)到峰值電壓0.25V并趨于穩(wěn)定。SMFC系統(tǒng)陰極上覆水硝氮濃度由初始的2.5mg/L經(jīng)過320h后降低到0.745mg/L,降幅約70%。實(shí)驗(yàn)表明,在沉積物微生物燃料電池系統(tǒng)中,硝氮的去除率主要受水體中硝氮初始濃度、電極面積、反應(yīng)器所處環(huán)境溫度等因素影響。本研究用綠銹對陽極進(jìn)行了修飾。研究發(fā)現(xiàn)用綠銹修飾提高了SMFC的產(chǎn)電能力,同時(shí)提高了SMFC陰極室對水體中硝酸鹽氮的去除率。與使用未經(jīng)綠銹修飾電極的SMFC相比,硝氮去除率提高了近15%。本研究對陰極碳?xì)稚系木哼M(jìn)行了分離純化。經(jīng)16SrDNA分析鑒定后,分離純化的主要菌株為伯克氏菌、無色桿菌和鏈霉菌。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明,生物陰極的反硝化機(jī)制是由多種菌群混合作用,但作用機(jī)制還有待研究。綜上,本研究中的SMFC系統(tǒng)為水體硝氮污染物的去除提供了一個(gè)新的研究思路。作為一種清潔能源技術(shù),SMFC可以利用陽極污染物產(chǎn)生電子然后在陰極利用此電子去除NO3-,我們有理由相信它在環(huán)境微生物應(yīng)用、治理黑臭水體、消除水污染等環(huán)保領(lǐng)域擁有廣闊的前景及實(shí)際意義。
【關(guān)鍵詞】：沉積物微生物燃料電池 除氮 綠銹 生物陰極 反硝化細(xì)菌
【學(xué)位授予單位】：齊魯工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X52;TM911.45
【目錄】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 水體硝酸鹽氮污染概述11-12
• 1.2 微生物燃料電池概述12
• 1.3 SMFC在污水處理中的應(yīng)用12-13
• 1.4 SMFC研究中存在的問題13-14
• 1.5 研究目的、意義及內(nèi)容14-17
• 1.5.1 研究目的和意義14
• 1.5.2 研究內(nèi)容和創(chuàng)新性14-15
• 1.5.3 技術(shù)路線15-17
• 第2章 SMFC系統(tǒng)的搭建及產(chǎn)電性能研究17-27
• 2.1 SMFC原理17-18
• 2.2 實(shí)驗(yàn)器材18-19
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)材料18
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器18-19
• 2.3 SMFC搭建運(yùn)行19-22
• 2.3.1 SMFC搭建19-21
• 2.3.2 SMFC啟動(dòng)表征21
• 2.3.3 硝氮測定方法21-22
• 2.3.4 上覆水硝氮濃度變化22
• 2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果22-25
• 2.4.1 SMFC產(chǎn)電能力22-23
• 2.4.2 底泥燒失量LOI變化23
• 2.4.3 上覆水pH變化23-24
• 2.4.4 SMFC去除硝酸鹽氮的效果24-25
• 2.5 本章小結(jié)25-27
• 第3章 SMFC陽極研究27-37
• 3.1 陽極修飾概述27
• 3.2 綠銹概述27-29
• 3.2.1 綠銹結(jié)構(gòu)及分類28
• 3.2.2 綠銹制備方法28-29
• 3.2.3 綠銹表征29
• 3.3 實(shí)驗(yàn)29-31
• 3.3.1 綠銹制備29-30
• 3.3.2 綠銹修飾碳?xì)蛛姌O30
• 3.3.3 極化曲線和功率密度曲線測定30-31
• 3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果31-36
• 3.4.1 修飾電極表征31-32
• 3.4.2 綠銹修飾陽極后SMFC產(chǎn)電能力32-33
• 3.4.3 SMFC極化曲線33-34
• 3.4.4 SMFC系統(tǒng)硝氮濃度變化34-36
• 3.5 本章小結(jié)36-37
• 第4章 SMFC系統(tǒng)降解硝氮影響因素的研究37-45
• 4.1 水體硝酸鹽氮概述37-38
• 4.1.1 水體硝酸鹽氮來源37
• 4.1.2 水體硝酸鹽氮去除技術(shù)37-38
• 4.2 水體中硝氮去除的影響因素38-44
• 4.2.1 水體硝氮濃度39-41
• 4.2.2 溫度41-42
• 4.2.3 電池電極面積42-44
• 4.3 本章小結(jié)44-45
• 第5章 生物陰極菌種的篩選鑒定45-57
• 5.1 生物陰極概述45-47
• 5.2 生物陰極菌種篩選47-50
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器、材料47-48
• 5.2.2 菌株培養(yǎng)、篩選48-49
• 5.2.3 菌株保藏49
• 5.2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果49-50
• 5.3 生物陰極菌種鑒定50-55
• 5.3.1 菌株DNA提取50-51
• 5.3.2 測序結(jié)果及菌株鑒定51-54
• 5.3.3 反硝化性能驗(yàn)證54-55
• 5.4 本章小結(jié)55-57
• 第6章 結(jié)論與展望57-59
• 6.1 結(jié)論57-58
• 6.2 前景與展望58-59
• 參考文獻(xiàn)59-67
• 致謝67-69
• 碩士期間科研成果69

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