【摘要】：染料廢水具有色度大、組分復(fù)雜、CODcr高、可生化性差等特點(diǎn),是典型的難降解行業(yè)廢水。我國(guó)作為世界第一染料生產(chǎn)大國(guó),量大面廣的染料廢水排放嚴(yán)重威脅著我國(guó)的水環(huán)境安全。因此,染料廢水的高效處理和無(wú)害化排放迫在眉睫。微生物燃料電池(MFC)技術(shù)能直接利用廢水中多種有機(jī)物作為燃料,在降解污染物的同時(shí)收獲電能,是近年來(lái)發(fā)展迅速的廢水處理工藝,受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。大量研究集中在如何提高M(jìn)FC輸出功率和對(duì)特征污染物的降解,而對(duì)其產(chǎn)電的回收利用少有涉及。Ti O2光催化氧化技術(shù)(PC)作為一種高級(jí)氧化技術(shù)(AOPs),因其高效、清潔等優(yōu)點(diǎn)近年來(lái)越來(lái)越多地應(yīng)用于廢水處理,光能利用率低以及光生電子與空穴的高復(fù)合率是該技術(shù)面臨的主要問(wèn)題。圍繞染料廢水的處理,本文首先分別利用雙極液膜光催化法和微生物燃料電池(MFC)兩種技術(shù)對(duì)莧菜紅模擬染料廢水進(jìn)行降解。在此基礎(chǔ)上,將兩種技術(shù)有效聯(lián)合,利用MFC產(chǎn)電輔助雙極液膜光催化,利用PC預(yù)處理染料廢水作為MFC燃料,以期提高廢水處理的高效性和經(jīng)濟(jì)性。具體研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:1、Ti O2/Ti膜電極的制備及優(yōu)化:通過(guò)溶膠-凝膠法制備了Ti O2/Ti膜電極,最佳制備條件為500℃煅燒2h,涂膜3層。XRD分析Ti O2/Ti膜電極表面催化劑晶型主要為銳鈦礦,光電響應(yīng)測(cè)試表明其具有良好的紫外光電響應(yīng)。2、雙極斜板液膜光催化廢水處理:以Ti O2/Ti膜電極為陽(yáng)極,Cu為陰極,組裝雙極斜板液膜反應(yīng)器,光催化降解莧菜紅。確定最佳反應(yīng)條件為:廢水循環(huán)流量100m L/min,廢水初始p H 2.52,Na2SO4濃度1.5g/L,莧菜紅初始濃度40mg/L。在此條件下處理90min,脫色率可達(dá)88.1%。初步推斷雙極液膜光催化降解莧菜紅染料廢水的機(jī)理是通過(guò)斷裂莧菜紅分子的偶氮鍵發(fā)色基團(tuán),并破壞萘環(huán)結(jié)構(gòu),使其由大分子降解為小分子有機(jī)物而實(shí)現(xiàn)脫色。3、雙極斜板液膜光催化廢水處理高效機(jī)理:通過(guò)陰陽(yáng)雙極室降解效率和過(guò)氧化氫測(cè)定對(duì)雙極斜板液膜光催化的高效降解機(jī)理進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)在激發(fā)光照射下,Ti O2/Ti和Cu電極經(jīng)導(dǎo)線連接后,由于基底Ti和Ti O2之間形成的肖特基勢(shì)壘,使光生電子由Ti O2表面轉(zhuǎn)移到Ti電極上,然后轉(zhuǎn)移到與Ti等電位的Cu電極表面,并在Cu電極表面直接還原染料或與其表面液膜中的溶解氧反應(yīng)生成H2O2,進(jìn)而參與染料的氧化,由此實(shí)現(xiàn)Ti O2/Ti的直接氧化和Cu陰極的直接還原和間接氧化,最終實(shí)現(xiàn)雙極液膜的雙極雙效效果。4、MFC處理染料廢水與同時(shí)產(chǎn)電的研究:自制雙室型MFC,接種污水處理廠的活性污泥,待MFC穩(wěn)定運(yùn)行后用于處理莧菜紅染料廢水,考察了莧菜濃度、溶液初始p H、MFC外阻和共基質(zhì)濃度對(duì)廢水處理效率和MFC產(chǎn)電性能的影響。結(jié)果表明,陽(yáng)極微生物的生物催化活性是實(shí)現(xiàn)MFC降解及產(chǎn)電性能的保證,最佳條件為:莧菜紅濃度20mg/L,p H=9.00,外阻2k?,Na Ac濃度1.68g/L。在最佳條件下,MFC對(duì)20mg/L莧菜紅廢水脫色72h后可達(dá)到90%以上的脫色率,最大功率密度可達(dá)721.38m W·m-2。UV-vis分析表明,MFC降解莧菜紅染料廢水是使莧菜紅分子的偶氮鍵斷裂,由大分子降解為小分子,并不能使其礦化。5、MFC產(chǎn)電輔助PC(MFC-PC)處理莧菜紅:利用多組MFC串聯(lián)或并聯(lián)的輸出電壓電助雙極斜板液膜光催化,即將MFC產(chǎn)的電能作為光催化的外加電場(chǎng),用于提高光生電子和空穴的分離效率,從而提高光催化效率�？疾炝薓FC連接方式、廢水循環(huán)流量、染料溶液初始p H、電解質(zhì)濃度、莧菜紅初始濃度對(duì)MFC-PC處理效率的影響。結(jié)果表明,2組MFC串聯(lián)、廢水循環(huán)流量120m L/min、p H 2.52、Na2SO4 2.0g/L、莧菜紅初始濃度20mg/L時(shí)處理效果最佳,處理120min,能夠?qū)崿F(xiàn)100%脫色。UV-vis分析表明,MFC-PC不僅能夠破壞莧菜紅的發(fā)色基團(tuán),而且能夠使其部分礦化。6、PC預(yù)處理MFC深度處理染料廢水:為了將PC的高效性和MFC的經(jīng)濟(jì)性相結(jié)合,將莧菜紅廢水首先經(jīng)過(guò)高效的雙極液膜光催化(PC)預(yù)處理到一定脫色率,然后再將其投加到MFC中作為微生物的基質(zhì)進(jìn)行MFC處理�？疾炝薖C過(guò)程中莧菜紅初始濃度和脫色率,MFC過(guò)程中外阻、基質(zhì)濃度和溶液初始p H對(duì)最終處理效率的影響。結(jié)果表明莧菜紅濃度20mg/L,脫色率20%,Na Ac濃度3.36g/L,p H=9.00,外阻2k?時(shí)處理效率最佳。20mg/L莧菜紅溶液經(jīng)PC脫色20%后經(jīng)MFC處理48h可達(dá)到100%脫色。PC處理可提高莧菜紅的可生化性。UV-vis分析和COD去除率表明MFC降解PC預(yù)處理莧菜紅廢水時(shí)不僅能使莧菜紅的偶氮鍵發(fā)色基團(tuán)斷裂,還能使其部分礦化為CO2和H2O,廢水COD去除率達(dá)67.1%。本論文提出的雙極液膜光催化法,通過(guò)液膜和系統(tǒng)自生電場(chǎng)來(lái)強(qiáng)化催化效率,達(dá)到雙極雙效的處理效果。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出MFC聯(lián)合雙極液膜光催化(MFC-PC)法,將高效的PC和經(jīng)濟(jì)的MFC有機(jī)結(jié)合,提高處理效率。本論文的研究結(jié)果對(duì)于高效光催化水處理反應(yīng)器的研制以及MFC、PC聯(lián)用技術(shù)的深入研究有著重要的參考意義。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：重慶理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：X788

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 溫青;孫茜;趙立新;吳英;;微生物燃料電池對(duì)廢水中對(duì)硝基苯酚的去除[J];現(xiàn)代化工;2009年04期

，

本文編號(hào)：2457448