【摘要】：本研究構(gòu)建了反向電滲析系統(tǒng)和反向電滲析-生物電化學(xué)系統(tǒng),并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)。本研究提取利用自然界廣泛存在的鹽差能降低水處理能耗,并利用雙室反應(yīng)器結(jié)構(gòu)將陽極有機(jī)物氧化失去的電子直接提供給陰極重金屬離子還原。反向電滲析膜堆提升了電勢差,使系統(tǒng)相比傳統(tǒng)微生物燃料電池可以更好的強(qiáng)化陰極重金屬離子還原,同時將陰極重金屬離子與陽極微生物環(huán)境隔離,避免了一般微生物燃料電池金屬離子透過離子交換膜抑制陽極微生物群落生長的現(xiàn)象,有利于系統(tǒng)穩(wěn)定持續(xù)去除污染物。論文探究了不同參數(shù)對反向電滲析系統(tǒng)運(yùn)行效能的影響。結(jié)果表明,膜材料的選擇性透過系數(shù)與反向電滲析系統(tǒng)的效能呈正相關(guān)關(guān)系;在不掛外阻的情況下,進(jìn)水濃淡水濃度差較大可以產(chǎn)生更大的電壓,最高平均電壓在7對膜,淡水0.35g/L,流速3.2m L/min時達(dá)到0.911V,但會導(dǎo)致濃水淡水交換程度減弱,最大功率密度降低,最大功率密度在3對膜,淡水0.7g/L,流速3.2m L/min時達(dá)到最大值0.221W/m2。在流速0.8m L/min~3.2m L/min的范圍內(nèi),平均外電壓隨著流速的增大而不斷增加,濃水淡水交換程度減弱,系統(tǒng)最大輸出功率提升,但通過提升流速增加的輸出電功量均遠(yuǎn)低于提高流速需要額外功,二者比值約為0.01-0.15。在1-7對膜的情況下,平均外電壓和膜堆內(nèi)阻均與膜對數(shù)呈現(xiàn)線性正相關(guān)關(guān)系,相關(guān)性系數(shù)R2在0.9798~0.9993;出水隨著膜對數(shù)的增加進(jìn)行更充分的離子交換。論文探究了不同參數(shù)對反向電滲析-生物電化學(xué)系統(tǒng)運(yùn)行效能的影響。結(jié)果表明,對于外阻為1000歐姆的反向電滲析-生物電化學(xué)系統(tǒng)而言,當(dāng)膜對數(shù)為1時,高濃度梯度的輸出電壓、陽極COD去除率、陰極銅離子去除率更高,與低濃度梯度相比最高提高了3%、2%和5%;當(dāng)膜對數(shù)在5以上時,前述結(jié)論相反。隨著流速的增加,平均外電壓得到小幅增加,對提高陽極液COD去除效率和陰極液銅離子去除效率效果有限。陽極液的p H基本穩(wěn)定,維持在6.71-7.19之間。系統(tǒng)平均外電壓與膜對數(shù)呈現(xiàn)線性正相關(guān)關(guān)系,相關(guān)性系數(shù)R2在0.9621~0.996之間;隨著膜對數(shù)的增大,濃水淡水離子交換更加充分,最終陽極電導(dǎo)率和COD不斷降低,COD去除率在7對膜,淡水0.35g/L,流速3.2m L/min時最高,達(dá)到89.1%,出水COD為74mg/L;而最終陰極液銅離子濃度不斷下降,銅離子還原效率得到提升,在7對膜,淡水0.35g/L,流速3.2m L/min時最高,達(dá)到58.5%,出水銅離子濃度為154.65 mg/L;最終陰極液電導(dǎo)率隨著膜對數(shù)的增大而逐步降低,最低達(dá)到0.50m S/cm,陰極液最終p H隨著膜對數(shù)的增加而不斷增大,最大值達(dá)到5.72。論文探究了不同電極材料對反向電滲析-生物電化學(xué)系統(tǒng)運(yùn)行效能的影響。將反向電滲析-生物電化學(xué)系統(tǒng)的碳布替換為碳?xì)?陰極液去除率在不同膜對數(shù)情況下提升了4.6%,7.3%,4.9%和4.2%,在7對膜,淡水0.35g/L,流速3.2m L/min時最大去除率最高,達(dá)到62.7%,最終陰極液p H有一定提升,其余參數(shù)均無明顯變化。
【圖文】：

1-1 2016 年七大流域、浙閔片河流、西北、西南諸河國控斷面水質(zhì) 1-2 2016 年七大流域、浙閔片河流、西北、西南諸河國控斷面水質(zhì)于污水成分復(fù)雜，總量大，在處理過程中需要消耗大量的能廣泛的活性污泥法處理技術(shù)，及 A2/O、氧化溝等相關(guān)變形，但是需要曝氣，耗能過高[6]。根據(jù)研究表明，我國城鎮(zhèn)污 m3污水消耗的電能約為 0.2 至 0.4 kWh[7]。而高能耗意味著

-2-圖 1-2 2016 年七大流域、浙閔片河流、西北、西南諸河國控斷面水質(zhì)情況圖然而由于污水成分復(fù)雜，總量大，在處理過程中需要消耗大量的能源。目用最為廣泛的活性污泥法處理技術(shù)，及 A2/O、氧化溝等相關(guān)變形工藝雖果較好，但是需要曝氣，耗能過高[6]。根據(jù)研究表明，我國城鎮(zhèn)污水處理處理 1 m3污水消耗的電能約為 0.2 至 0.4 kWh[7]。而高能耗意味著高昂的，這已經(jīng)成為了制約水處理效果的重要因素。所以，開發(fā)高效率、低能耗水處理技術(shù)對推動我國水污染控制事業(yè)的發(fā)展具有重要意義。目前，利用自然界的鹽差能處理污水為降低能耗提供了一種新的思路和能是存在濃度差的兩種鹽溶液混合時釋放的吉布斯自由能。在自然界，鹽從不同濃度梯度的水中提取，如江、河、海的交匯口等。在提取過程中沒染，而且可以通過自然界的蒸發(fā)降雨等水循環(huán)過程自發(fā)補(bǔ)充，不存在枯竭作為一種尚未被人們廣泛利用的可再生能源，鹽差能的總量十分巨大，在圍內(nèi)可供利用的鹽差能約為 2.6TW[8]，，國內(nèi)可供利益的鹽差能約為 0.1T
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X703

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

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2 劉伯羽;李少紅;王剛;;鹽差能發(fā)電技術(shù)的研究進(jìn)展[J];可再生能源;2010年02期

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 張文娟;反向電滲析中膜電化學(xué)性能與膜污染行為的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

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相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

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本文編號：2670621