【摘要】：廢水中廣泛存在的氨氮直接排入水體會(huì)引起嚴(yán)重的水體富營(yíng)養(yǎng)化,引發(fā)水體發(fā)黑變臭,產(chǎn)生污染。氨氮廣泛存在于城市居民生活污水中,傳統(tǒng)生活污水的生物處理技術(shù)需要額外投加碳源和曝氣,會(huì)產(chǎn)生巨大的能耗,提高污水處理的成本。通過(guò)生物電化學(xué)系統(tǒng)對(duì)污水進(jìn)行脫氮處理,可以在去除氮化合物的同時(shí)產(chǎn)電,是一種很有前景的方法,原理主要是在陽(yáng)極,利用產(chǎn)電微生物分解水中有機(jī)物產(chǎn)生電子,通過(guò)外電路傳遞到陰極,在陰極,反硝化細(xì)菌的作用下,硝酸鹽得到電子,被還原為氮?dú)鈴亩靡匀コ５悄壳把芯慷嗉性陉帢O反硝化,對(duì)于硝化反硝化的聯(lián)合過(guò)程的研究較少,因此,本課題的研究,主要是試圖將硝化和反硝化集合在同一個(gè)生物電化學(xué)系統(tǒng)中,以期為同步電化學(xué)過(guò)程與脫氮過(guò)程的研究提供理論依據(jù)。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)構(gòu)建雙陰極MFC系統(tǒng),利用構(gòu)型特點(diǎn),可以在不同極室將生活污水實(shí)現(xiàn)脫氮除碳,同時(shí)產(chǎn)電,從而實(shí)現(xiàn)污水的有害物質(zhì)去除和廢物資源化,具體研究?jī)?nèi)容如下:(1)實(shí)驗(yàn)首先利用模擬廢水啟動(dòng)生物雙陰極MFC系統(tǒng),經(jīng)過(guò)一個(gè)半月的運(yùn)行,A-O系統(tǒng)的最大瞬時(shí)電壓突破了500 m V,內(nèi)阻值為150Ω,A-A系統(tǒng)的最大瞬時(shí)電壓突破了600 m V,內(nèi)阻值為125Ω,最大功率密度達(dá)到3.5 W/m3,標(biāo)志著系統(tǒng)已成功啟動(dòng)。啟動(dòng)后,考察了系統(tǒng)的產(chǎn)電效果和脫氮效果,COD去除率為83.33%,氨氮去除率為91%,硝酸鹽去除率為44%。(2)之后將系統(tǒng)在厭氧-好氧-缺氧模式下批次運(yùn)行,進(jìn)行關(guān)于氨氮濃度、外電阻及回流比對(duì)的參數(shù)優(yōu)化,發(fā)現(xiàn)在較小的C/N比時(shí),好氧陰極室對(duì)于氨氮的去除更徹底,缺氧陰極室對(duì)于硝酸鹽的去除也更徹底;調(diào)整電路連接,將A-O段電阻保持1000Ω不變的情況下,將A-A段電阻改為10Ω,硝酸鹽的去除率由90%提高到94%,總氮的去除率由50%提高到60%;回流比從0增加到2時(shí),氨氮的去除率由70%增加到95%,總氮的去除率由50%增加到94%。(3)根據(jù)結(jié)果將系統(tǒng)置于相對(duì)適宜的條件下連續(xù)運(yùn)行,繼續(xù)進(jìn)行HRT、COD濃度及p H的參數(shù)優(yōu)化。研究發(fā)現(xiàn),在本實(shí)驗(yàn)中連續(xù)運(yùn)行的雙陰極MFC系統(tǒng),較為合理的水力停留時(shí)間為20 h。系統(tǒng)的最優(yōu)進(jìn)水負(fù)荷為200 mg/L。系統(tǒng)的產(chǎn)電效果受進(jìn)水p H的影響較大,而在酸性條件下,產(chǎn)電性能受到明顯抑制,考慮進(jìn)水為中性或弱堿性為最佳。
【圖文】：

圖 1-1 雙室型 MFC 工作原理圖該雙室 MFC 的基本結(jié)構(gòu)由陽(yáng)極室、陰極室和交換膜三部分組成。PEM 和AEM 起到分隔陽(yáng)極室和陰極室的作用。微生物燃料電池的產(chǎn)電機(jī)理如下：（1）在陽(yáng)極室，微生物作為催化劑，污水中的還原態(tài)有機(jī)物或無(wú)機(jī)物被微生物催化氧化為二氧化碳和水，釋放出電子和質(zhì)子；（2）有機(jī)底物的分解過(guò)程產(chǎn)生的電子通過(guò)細(xì)胞直接接觸、納米導(dǎo)線和中介物質(zhì)三種方式傳遞至陽(yáng)極表面；（3）由陽(yáng)極室傳遞的電子經(jīng)由外電路（導(dǎo)線及外接電阻）到達(dá)陰極；（4）陽(yáng)極室有機(jī)物被微生物催化氧化分解后產(chǎn)生的質(zhì)子通過(guò)離子交換膜從陽(yáng)極室遷移至陰極室，或在無(wú)膜情況下經(jīng)由電解液進(jìn)入陰極室，并最終到達(dá)陰極材料表面；（5）陰極電子受體（如氧氣）接收陽(yáng)極傳過(guò)來(lái)的電子和質(zhì)子，然后發(fā)生還原反應(yīng)，，從而完成微生物燃料電池的產(chǎn)電過(guò)程。以葡萄糖為陽(yáng)極燃料，氧氣為陰極電子受體的雙室 MFC 為例陽(yáng)極室和陰極室中發(fā)生的主要反應(yīng)如下：陽(yáng)極：+
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X799.3

【參考文獻(xiàn)】

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1 王龍;趙慶良;姜s

本文編號(hào)：2587627