本文關(guān)鍵詞：SMFC-SMEC耦合系統(tǒng)去除廢水中銅與鎳離子的研究　出處：《哈爾濱工業(yè)大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：目前重金屬污染已然成為當前環(huán)境污染的重要問題之一,在廢水中存在著多種多樣的重金屬離子及有機物質(zhì),微生物電化學系統(tǒng)(BES)結(jié)合了微生物和電化學反應(yīng)的優(yōu)點可以高效地降解有機物及還原去除重金屬,可以更好地實現(xiàn)了能源的有效利用及污染物的去除,較其他重金屬處理處置技術(shù)具有許多優(yōu)勢。對于重金屬的還原去除,諸多的研究集中于雙室BES處理重金屬廢水。因此本文主要研究了單室微生物燃料電池(SMFC)和單室微生物電解池(SMEC)及二者耦合系統(tǒng)對重金屬(Cu(II)和Ni(II))的去除效果。本論文首先通過SMFC和SMEC處理單一重金屬廢水(Cu(II)和Ni(II)),優(yōu)化了其環(huán)境條件(重金屬濃度、初始p H、外加電阻、外加電壓等)對重金屬去除的影響。對于SMFC處理含銅模擬廢水,對Cu(II)的最大耐受濃度為12.5mg/L,酸性(p H6.0)和高電流密度(500Ω)條件下利于Cu(II)的還原,形成單質(zhì)沉積物。SMEC處理含鎳廢水具有相似規(guī)律,在最適外加電壓0.7V下Ni(II)的最大耐受濃度為12.5mg/L,在中性環(huán)境(p H7.0)條件和較高濃度PBS(100m M)下更適合Ni(II)的去除。其次,采用并聯(lián)模式進行SMFC與SMEC的耦合,電壓能夠穩(wěn)定且可以實現(xiàn)對重金屬(Cu(II)和Ni(II))的有效去除。在并聯(lián)連接方式下考察了SMFC數(shù)量和外電阻對輸出電壓和重金屬去除率的影響,2個SMFCs并聯(lián)耦合SMEC可以提高系統(tǒng)電能的輸出及Ni(II的)去除率;Ni2+的去除率和輸出電壓較150Ω時分別提高了51.4%和58.6%,銅的去除率相略微增加。在高電阻下具有相似規(guī)律,輸出電壓從0.230V(150Ω)提高到0.300V(300Ω),Ni(II)和Cu(II)的去除率分別提高了48.8%和7.3%。增加SMFC反應(yīng)器數(shù)量和提高外電阻可以促進耦合系統(tǒng)的電壓輸出及重金屬的去除。最后,采用平行因子法分析了BESs中Cu(II)和Ni(II)的去除途徑,得出重金屬的去除主要通過通過材料吸附,微生物作用。通過SEM-EDS和XPS分析,Cu(II)和Ni(II)還原為單質(zhì)或低價物質(zhì),其還原物主要形成顆粒物沉積于陰極表面。Illumina高通量測序顯示,SMFC和SMEC陽極功能微生物主要為Geobacter.sp,陰極微生物復(fù)雜多變。在SMFC中,陰極微生物優(yōu)勢菌門為Proteobacteria和Synergistetes,隨著Cu(II)濃度的增加,陰極微生物結(jié)構(gòu)與數(shù)量變化明顯,菌屬Ochrobactrum sp.和Azospirillum sp.有利于產(chǎn)電及Cu(II)的去除。對于Ni(II)的去除,優(yōu)勢菌主要集中于菌門Proteobacteria和Bacteroidetes,菌屬Ochrobactrum sp.、Acetoanaerobium sp.、Dokdonella sp.和Azospirillum sp.促進了Ni(II)的還原,綜合分析了陽極與陰極微生物的互作關(guān)系。
[Abstract]:At present, heavy metal pollution has become one of the important problems of environmental pollution. There are a variety of heavy metal ions and organic substances in wastewater. The microbial electrochemical system (BES) combines the advantages of microorganism and electrochemical reaction to efficiently degrade organic matter and reduce heavy metals, which can better realize the efficient utilization of energy and the removal of pollutants. Compared with other heavy metal treatment and disposal technology, it has many advantages. Many researches have been focused on the treatment of heavy metal wastewater by two-chamber BES. Therefore, the single-chamber microbial fuel cell (SMFC) and the single-chamber microbial electrolysis cell (SMECs) have been studied in this paper. In this paper, SMFC and SMEC were used to treat single heavy metal wastewater. (II). The effects of environmental conditions (heavy metal concentration, initial pH, external resistance, applied voltage, etc.) on the removal of heavy metals were optimized. Copper containing simulated wastewater was treated by SMFC. The maximum tolerance concentration of Cu2) was 12.5 mg / L, acid pH6.0) and high current density of 500 惟). The formation of simple sediment. SMEC has a similar pattern for the treatment of nickel containing wastewater, and the maximum tolerance concentration is 12.5 mg / L at the optimum applied voltage of 0.7 V. It is more suitable for the removal of NiII) under neutral environment and higher concentration of PBS(100m M. Secondly, the parallel mode is used to couple SMFC and SMEC. The voltage can be stable and can be realized for heavy metal (Cui II) and Nijiao (II). The effects of SMFC number and external resistance on the output voltage and heavy metal removal rate were investigated in parallel connection mode. Two SMFCs parallel coupled SMEC can improve the power output of the system and the removal rate of Ni(II. The removal rate and output voltage of Ni2 increased by 51.4% and 58.6, respectively, and the removal rate of copper increased slightly. The output voltage is increased from 0.230 V ~ (150 惟) to 0.300 V ~ (3 +). Nii (II) and Cui (II). The removal rate increased by 48.8% and 7.3 respectively. Increasing the number of SMFC reactors and increasing the external resistance can promote the voltage output of the coupling system and the removal of heavy metals. Finally. The method of parallel factor was used to analyze the removal routes of BESs. It was concluded that the removal of heavy metals was mainly through the adsorption of materials. SEM-EDS and XPS analysis showed that the microorganism was reduced to simple substance or low valence substance by SEM-EDS and XPS analysis. High throughput sequencing showed that the functional microbes of SMFC and SMEC were mainly Geobacter.sp. In SMFC, the dominant bacteria were Proteobacteria and Synergistetes, with the increase of Cui concentration. The structure and quantity of cathode microorganism changed obviously. Ochrobactrum sp. and Azospirillum sp. were beneficial to the production of electricity and the removal of Ochrobactrum II. The dominant bacteria were mainly concentrated in Proteobacteria and Bacteroidetes. they belonged to Ochrobactrum sp. Acetoanaerobium sp. Dokdonella sp. and Azospirillum sp. promoted the reduction of NII. The interaction between anode and cathode microorganism was analyzed.
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：X703

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