本文關(guān)鍵詞：光催化強(qiáng)化微生物燃料電池構(gòu)建及脫氮產(chǎn)電效果初探　出處：《重慶大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：氮素排放是造成水體污染的最重要原因之一。微生物燃料電池(MFCs)可以在脫氮同時產(chǎn)生電能,為污水脫氮提供了新思路。通過文獻(xiàn)分析發(fā)現(xiàn)MFCs脫氮面臨著反硝化易、硝化難的瓶頸,而污水中氮素多以氨氮的形式存在,嚴(yán)重制約了MFCs技術(shù)的應(yīng)用。本論文針對此問題提出了光催化與MFCs的結(jié)合技術(shù),制作了光催化強(qiáng)化微生物燃料電池(Photo-MFCs),采用p、n型兩種光催化劑實(shí)現(xiàn)光生電子和空穴的分離和富集,利用光生空穴的強(qiáng)氧化性加強(qiáng)MFCs陽極室的硝化效果,利用光生電子的強(qiáng)還原性加強(qiáng)MFCs陰極室的反硝化效果,從而解決MFCs硝化難的問題。同時,Photo-MFCs還能將MFCs脫氮反應(yīng)與產(chǎn)電過程耦合,從而提高M(jìn)FCs產(chǎn)電能力。論文在以有機(jī)物和氨氮作為混合基質(zhì)和氨氮為單一基質(zhì)條件下,分別研究了有機(jī)物、氨氮和硝態(tài)氮對Photo-MFCs脫氮和產(chǎn)電的影響;論文還研究了光催化對Photo-MFCs脫氮和產(chǎn)電的強(qiáng)化作用,并分析了Photo-MFCs中氮素的遷移轉(zhuǎn)化途徑以及電子傳遞過程,得到以下主要結(jié)論:①以有機(jī)物和氨氮為混合基質(zhì)時,降低有機(jī)物的濃度,Photo-MFCs脫氮和產(chǎn)電效果都有所下降。當(dāng)水力停留時間為12h,進(jìn)水有機(jī)物濃度從122±2.8mg/L降低至0mg/L時,Photo-MFCs總氮的去除率降低了2.74倍,最高電流產(chǎn)生量由1.06m A降低為0.16m A。較低的有機(jī)物濃度有利于陽極室氨氮的硝化,當(dāng)系統(tǒng)中不存在有機(jī)物時,陽極室氨氮的去除量從6.3±2.70mg/L增加到11.5±0.70mg/L,硝態(tài)氮的累積量從-0.7±1mg/L增加到6.7±0.7mg/L。②以氨氮作為唯一基質(zhì)時,Photo-MFCs仍然能實(shí)現(xiàn)脫氮和產(chǎn)電,且氨氮濃度對Photo-MFCs脫氮和產(chǎn)電效果起主要作用,硝態(tài)氮濃度對系統(tǒng)總氮去除量和產(chǎn)電性能無顯著影響。隨著陽極室進(jìn)水氨氮濃度的增加,Photo-MFCs脫氮和產(chǎn)電效果先增加后降低。當(dāng)氨氮濃度為70mg/L時,Photo-MFCs脫氮和產(chǎn)電效果最好,12h內(nèi)陽極室內(nèi)氨氮的去除量達(dá)到19.3mg/L,硝態(tài)氮的累積量達(dá)到15.41mg/L;陰極室內(nèi)硝態(tài)氮和總氮的去除量分別為22.3mg/L和17.1mg/L;Photo-MFCs最大電流為0.042m A,最大功率密度為3.68μW/m2。③當(dāng)氨氮作為唯一基質(zhì)時,Photo-MFCs陽極室去除的氨氮中62.6%轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮,7%轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮,0.9%擴(kuò)散到了陰極室,其它部分的可能揮發(fā)至大氣或被微生物同化吸收。陰極室中被去除的硝態(tài)氮主要被還原為氮?dú)?有少量亞硝態(tài)氮累積。④光照有助于提升Photo-MFCs的脫氮和產(chǎn)電效果。在紫外光照射下,12h內(nèi)Photo-MFCs陽極室內(nèi)氨氮的平均硝化速率由0.58mg/(L·h)增加至1.34 mg/(L·h),陰極室反硝化速率由0.5mg/(L·h)增加至1.2mg/(L·h),平均產(chǎn)電量也由0.012m A增加至0.032m A。光照可增加電極的氧化還原性,有助于硝化和反硝化反應(yīng)的發(fā)生。在光照時微生物燃料電池兩極電勢差由20m V增加到了72m V。光照過程中電子的傳遞過程為:氨氮→硝化細(xì)菌→n型半導(dǎo)體→p型半導(dǎo)體→反硝化細(xì)菌→硝酸鹽→氮?dú)狻?br/>[Abstract]:Nitrogen emission is one of the most important cause of the water pollution. Microbial fuel cell (MFCs) can also generate electricity in nitrogen removal, provides a new way for nitrogen removal from wastewater. Through the analysis we found MFCs denitrification facing denitrification, nitrification bottleneck difficult, and sewage in nitrogen in the form of ammonia there, seriously restricts the application of MFCs technology. This paper puts forward technology combined with photocatalysis and MFCs, making the enhanced photocatalytic microbial fuel cell (Photo-MFCs), using P, n two photocatalyst for photoinduced electron hole separation and enrichment, nitrification using strong oxidation photohole strengthen MFCs anode chamber, denitrification effect reduction by strengthening MFCs cathode chamber electron strong, so as to solve the difficult problem of nitration of MFCs. At the same time, Photo-MFCs can MFCs denitrification reaction process coupling and electricity production, from To improve the output power of MFCs. Based on the organic matter and ammonia nitrogen as ammonia mixed into a single matrix and matrix under the conditions of organic matter were studied, effects of ammonia and nitrate nitrogen of Photo-MFCs and electricity production; the paper also studies the photocatalysis of Photo-MFCs nitrogen removal and electricity production strengthening effect, and analysis of the way and the process of electron transfer in Photo-MFCs migration and transformation of nitrogen, the main conclusions are as follows: 1 with organics and ammonia as the mixed matrix, reduce the concentration of organics, nitrogen and Photo-MFCs generate electricity are decreased. When the HRT is 12h and the influent organic concentration decreased from 122 to 2.8mg/L. 0mg/L, the total nitrogen removal rate of Photo-MFCs decreased by 2.74 times, the highest current generated by the 1.06M A 0.16m A. is reduced to lower the concentration of organic matter to the anode chamber nitrification of ammonia, when organic matter does not exist in the system, Yang The amount of ammonia nitrogen removal chamber increased from 6.3 + 2.70mg/L to 11.5 + 0.70mg/L, increase the accumulation of nitrate nitrogen from -0.7 + 1mg/L to 6.7 + 0.7mg/L. 2 with ammonia as the sole substrate, Photo-MFCs can still achieve nitrogen and electricity production, and ammonia concentration on nitrogen removal in Photo-MFCs and the effect of producing electricity plays a main role. No significant influence of the concentration of nitrate nitrogen removal of total nitrogen and electricity production performance. With the increase of the anode chamber of influent ammonia concentration, Photo-MFCs nitrogen removal and the effect of producing electricity increases first and then decreases. When ammonia concentration is 70mg/L, the best Photo-MFCs nitrogen and the effect of producing electricity, removal rate of ammonia nitrogen reached 12h in the anode chamber 19.3mg/L, the accumulation of nitrate nitrogen removal in the cathode chamber reaches 15.41mg/L; nitrate nitrogen and total nitrogen were 22.3mg/L and 17.1mg/L respectively; Photo-MFCs 0.042m maximum current of A, the maximum power density of 3.68 W/m2. when the ammonia as the sole substrate, The 62.6% is transformed into nitrate nitrogen in ammonia nitrogen removal of the anode chamber Photo-MFCs, 7% converted to nitrite, 0.9% spread to other parts of the cathode chamber to the atmosphere may volatile or absorbed by microbial assimilation. Nitrate nitrogen was removed mainly by reduction of nitrogen in the cathode chamber, a small amount of nitrite nitrogen accumulation. The light will help improve Photo-MFCs denitrification and the effect of producing electricity. Under UV irradiation, the average nitrification rate of 12h Photo-MFCs in the anode chamber of ammonia nitrogen by 0.58mg/ (L h) increased to 1.34 mg/ (L - H), the cathode chamber denitrification rate by 0.5mg/ (L h) increased to 1.2mg/ (L - H), the average amount of electricity produced by the 0.012m A 0.032m A. to increase light can increase the electrode oxidation, contribute to nitrification and denitrification. In the light poles of potential microbial fuel cell by 20m V to the 72m V. light in the process of electron transfer process for ammonia: Nitrifying bacteria, N type semiconductors, P type semiconductors, denitrifying bacteria, nitrate, and nitrogen.

【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X703;TM911.45

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本文編號：1409430