【摘要】：電鍍廢水通常含有多種重金屬和絡(luò)合劑,如若不經(jīng)處理直接排放,一方面會對人類的生產(chǎn)生活造成威脅,另一方面也會造成電鍍廢水中有價金屬資源的浪費(fèi)。電鍍廢水的常規(guī)處理方法如電解法、化學(xué)沉淀法、溶劑萃取法、吸附法等,存在著能耗大、成本高、易二次污染、有價金屬資源難以回收等問題。自驅(qū)動MFC-MEC耦合系統(tǒng)由微生物燃料電池(Microbial fuel cell,MFC)和微生物電解池(Microbial electrolysis cell,MEC)構(gòu)成,是生物電化學(xué)系統(tǒng)形式的一種創(chuàng)新。通過MFC處理高氧化還原電位的重金屬離子,并產(chǎn)生電能驅(qū)動MEC處理低氧化還原電位的重金屬離子,實(shí)現(xiàn)多種重金屬離子的還原去除。實(shí)驗(yàn)構(gòu)建MFC反應(yīng)裝置,考察陽極參數(shù)(底物濃度、污泥接種量、陽極pH)、陰極參數(shù)(陰極pH、離子濃度、陰極材料)、反應(yīng)器容積、極距對MFC電性能及處理含銅廢水的影響。結(jié)果表明:底物中乙酸鈉濃度為1 g/L、活性污泥與底物體積比為1:2、陽極pH為8、陰極pH為3、銅離子濃度為500 mg/L、陰極材料為碳紙、反應(yīng)器容積為500 mL時,MFC具有較好的產(chǎn)電性能和銅回收效果。當(dāng)極距為6 cm時的MFC最大功率密度為6002.5 mW/m~2,Cu~(2+)去除率為99.17%,Cu比收率為0.9mol Cu/mol COD,利用XRD對MFC陰極還原產(chǎn)物進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)MFC陰極產(chǎn)物主要為銅和氧化亞銅。實(shí)驗(yàn)還考察電極材料、底物濃度、陰極液pH、反應(yīng)器容積、極距等參數(shù)變化對MFC處理含鉻廢水及電性能的影響。結(jié)果表明:碳?xì)譃殛枠O材料、碳紙為陰極材料、乙酸鈉底物濃度為1 g/L、陰極液pH為2、反應(yīng)器容積為250 mL、極距為8 cm時,MFC具有較好的產(chǎn)電性能和鉻處理效果。陰極液pH為2時的MFC最大開路電壓為1.122 V,最大功率密度為2945 mW/m~2,COD去除率為82.22%,Cr~(6+)去除率為96.69%。利用XRD對MFC陰極產(chǎn)物進(jìn)行分析,有Cr~(3+)產(chǎn)生,證明MFC可以處理含鉻廢水,降低廢水中鉻的毒害性。實(shí)驗(yàn)構(gòu)建MFC-MEC耦合系統(tǒng)處理模擬電鍍廢水,通過改變MFC參數(shù)、MEC參數(shù)、耦合方式等,考察耦合系統(tǒng)電性能及重金屬處理效果:1)MFC反應(yīng)器為500mL時耦合系統(tǒng)性能較好,Cr的比收率為1.6 mol Cr/mol COD,Cd的比收率為0.51mol Cd/mol COD,系統(tǒng)電子回收率為55.56%;2)MFC污泥接種量為170 mL時,耦合系統(tǒng)處理鉻鎳廢水效果最好,Cr~(6+)去除率為93.93%,Ni~(2+)去除率為83.93%;3)MFC串聯(lián)堆棧可以提高M(jìn)EC兩端的電壓,但另一方面,MFC串聯(lián)會造成電子傳遞阻力變大,使得電極反應(yīng)變慢,進(jìn)而影響電性能;4)采用鈦板為MEC陰極時耦合系統(tǒng)性能較好,Cu~(2+)去除率最高為93.7%,Cd~(2+)去除率為51.5%,Ni~(2+)去除率為76.28%,Zn~(2+)去除率42.84%;5)酸性的陰極環(huán)境有利于MEC陰極液中金屬離子的還原,MEC陰極液pH值為3時耦合系統(tǒng)中金屬離子去除效果較好,Cd~(2+)去除率為82.44%,Ni~(2+)去除率為81.59%,Zn~(2+)去除率47.78%;6)較小的反應(yīng)器容積有利于金屬離子的去除,當(dāng)MEC反應(yīng)器容積為100 mL時,廢水處理效果較好;7)采取并聯(lián)的耦合方式更有利于MFC中Cu~(2+)的還原去除,Cu~(2+)去除率在80%以上。實(shí)驗(yàn)利用MFC-MEC耦合系統(tǒng)處理實(shí)際電鍍廢水,在處理高濃度銅、鎳廢水時,Cu比收率為2.17 mol Cu/mol COD,Ni比收率為1.54 mol Ni/mol COD,電子回收率為58.78%,經(jīng)XRD檢測,MEC陰極還原產(chǎn)物為單質(zhì)鎳;MFC堆棧數(shù)量增加可以提高耦合系統(tǒng)處理電鍍廢水能力,Cu~(2+)去除率均在99.98%以上,Ni~(2+)去除率為29.4%;利用耦合系統(tǒng)處理混合性電鍍廢水,當(dāng)MFC反應(yīng)器容積為500 mL時,Cu~(2+)去除率64.63%,Cr~(6+)去除率為88.28%,與之串聯(lián)的MEC中Cd~(2+)、Ni~(2+)和Zn~(2+)去除率分別為62.8%、30.7%、40.75%,利用XRD對陰極產(chǎn)物進(jìn)行分析,MFC有CrCu生成,MEC陰極有ZnS和Cd單質(zhì)生成。這說明可以通過MFC-MEC耦合系統(tǒng)處理實(shí)際電鍍廢水,降低電鍍廢水中金屬離子毒害性,并回收電鍍廢水中的有價金屬。
【圖文】：

電鍍廢水的處理回收極具研究意義。學(xué)系統(tǒng)系統(tǒng)的定義及分類系統(tǒng)（BioelectrochemicalSystems，BES）是微生物技術(shù)，包括微生物燃料電池（Microbial Fuel Cell，MFC）和lectrolysisCell，MEC）。早期的 BES 是以 MFC 的概念出 的應(yīng)用范圍不斷得到擴(kuò)展。MEC 就是在 MFC 的基礎(chǔ)上此之前也被稱作生物催化電解電池（BiocatalyzedElec化學(xué)輔助微生物反應(yīng)器（Bioelec-trochemically AssisR）[35]。陽極（氧化）和陰極（還原）兩個半電池組成，通過生他化學(xué)衍生產(chǎn)物的一種裝置，如圖 1-1 所示。

江蘇理工學(xué)院碩士學(xué)位論文（2）MFC-MEC耦合系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化：采用并聯(lián)和串聯(lián)的方式將MFC與MEC耦合，考察耦合方式以及 MFC、MEC 相關(guān)條件參數(shù)對 MFC-MEC 耦合系統(tǒng)處理廢水效果的影響；（3）MFC-MEC 耦合系統(tǒng)處理電鍍廢水：通過金屬去除率、比收率及還原產(chǎn)物分析，考察 MFC 處理實(shí)際電鍍廢水效果及產(chǎn)電狀況，并探討 MFC-MEC 耦合系統(tǒng)處理多種電鍍廢水的實(shí)際效果。調(diào)整和優(yōu)化 MFC-MEC 耦合系統(tǒng)，確定自驅(qū)動 MFC-MEC 耦合系統(tǒng)的最優(yōu)方案，，實(shí)現(xiàn)對電鍍廢水中 Cu2+、Cr6+、Cd2+、Zn2+、Ni2+的去除和回收。技術(shù)路線如圖 1-2 所示。
【學(xué)位授予單位】：江蘇理工學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X781.1

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 巴桑倉決;;高功率光纖激光耦合系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用研究[J];電視指南;2017年19期

2 崔霞;孔令為;林紅軍;梅榮武;申利國;邵衛(wèi)偉;成水平;王震;代嫣然;李思亮;譚映宇;黃冠中;王杭林;;生態(tài)塘?生態(tài)溝渠耦合系統(tǒng)低溫條件的運(yùn)行效果研究[J];環(huán)境污染與防治;2017年08期

3 張申貴;;超二次吊橋耦合系統(tǒng)無窮多解的存在性[J];寧夏師范學(xué)院學(xué)報;2012年06期

4 劉建國;Thomas Dietz;Stephen R.Carpenter;Carl Folke;Marina Alberti;Charles L.Redman;Stephen H.Schneider;Elinor Ostrom;Alice N.Pell;Jane Lubchenco;William W.Taylor;歐陽志云;Peter Deadman;Timothy Kratz;William Provencher;張淑敏;;人類與自然耦合系統(tǒng)[J];AMBIO-人類環(huán)境雜志;2007年08期

5 陳鋼;趙國忠;顧元憲;;聲場-結(jié)構(gòu)耦合系統(tǒng)靈敏度分析及優(yōu)化設(shè)計研究[J];振動與沖擊;2007年04期

6 孫淦云,王躍方;密閉腔體聲-結(jié)構(gòu)耦合系統(tǒng)的動力靈敏度分析[J];計算力學(xué)學(xué)報;2005年05期

7 鄒時智,黃忠霖,黃玉盈,金濤;非線性液固耦合系統(tǒng)的一個廣義變分原理[J];華中理工大學(xué)學(xué)報;1997年12期

8 王宗義,朱長山;正交耦合系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析[J];黑龍江自動化技術(shù)與應(yīng)用;1997年02期

9 蘇明;;耦合系統(tǒng)的配對選擇[J];現(xiàn)代機(jī)械;1987年03期

10 曹立;;軟耦合系統(tǒng)的初步探討[J];河北機(jī)電學(xué)院學(xué)報;1987年01期

相關(guān)會議論文 前10條

1 杜松;石文鳳;許昌錦;;淺談太陽能——地源熱泵耦合系統(tǒng)貴州地區(qū)的應(yīng)用[A];2017年3月建筑科技與管理學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2017年

2 杜s

本文編號：2628453