【摘要】：銅冶煉廢水含有較高濃度的重金屬,如果不對廢水進(jìn)行處理直接排放,不僅造成資源浪費,而且會嚴(yán)重污染環(huán)境。傳統(tǒng)的廢水處理方法有化學(xué)法、物理化學(xué)法、電化學(xué)法等,存在著能耗大、難以直接回收金屬、容易造成二次污染等問題。生物電化學(xué)系統(tǒng)是一類利用陽極微生物胞外電子傳遞能力回收生物質(zhì)能源的裝置,主要包括微生物燃料電池(Microbial fuel cell,MFC)和微生物電解池(Microbial electrolysis cell,MEC),利用MFC產(chǎn)生的電能驅(qū)動MEC,組成MFC-MEC耦合系統(tǒng)。實驗構(gòu)建MFC裝置,考察裝置參數(shù)(容積、外接電阻、攪拌、導(dǎo)線材料)、污泥(種類、濃度)、陽極底物(種類、配比)和電極(陽極材料、間距、表面積)對MFC產(chǎn)電性能的影響。結(jié)果表明:減小裝置容積、加入攪拌裝置、降低負(fù)載、增大陽極面積能提高M(jìn)FC產(chǎn)電性能,當(dāng)陽極底物為葡萄糖溶液、污泥與底物體積比為1:2、攪拌速度為500 r/min、電極材料為碳刷、兩極間距為4 cm時,可以得到最大開路電壓為0.626 V,最大功率密度為211.6 mW/m~2。MFC在產(chǎn)生電能的同時還能處理廢水,能同時在陽極室、陰極室處理兩種廢水,實驗分別考察了裝置參數(shù)、電極和陰極液對MFC廢水處理效果的影響:1)當(dāng)裝置容積為100 mL、攪拌速率在500 r/min、負(fù)載為10Ω時,COD去除率可達(dá)49.8%,Cu~(2+)去除率可達(dá)88.2%;2)當(dāng)兩極間距為4 cm、電極材料為碳紙、兩極面積比為1:2時,COD去除率為39.0%,Cu~(2+)去除率為89.9%;3)銅離子初始濃度越低,銅離子去除率越高。利用MFC處理模擬含銅重金屬廢水,COD去除率為41.6%,Cu~(2+)去除率為88.5%,反應(yīng)結(jié)束后陰極有紅色沉積物,經(jīng)XRD檢測確認(rèn)為單質(zhì)銅,還原產(chǎn)物表面形狀主要為樹枝狀和片狀。構(gòu)建MFC-MEC耦合裝置,通過改變裝置容積、電極材料、重金屬初始濃度等參數(shù)考察耦合系統(tǒng)廢水處理效果:1)采用串聯(lián)連接方式比采用并聯(lián)連接方式的廢水處理效果好,Cu~(2+)去除率最高,Zn~(2+)去除率最低;2)減小裝置容積有利于提高低濃度重金屬離子的去除率,當(dāng)用碳刷作為電極材料時廢水處理效果最好;3)利用MFC-MEC耦合系統(tǒng)處理銅冶煉廢水,MEC中Cu~(2+)去除率為89.6%、Zn~(2+)去除率99.2%、Cd~(2+)去除率為89.7%、Co~(2+)去除率為98.3%,金屬離子在MEC陰極均能得到有效地去除。利用生物電化學(xué)系統(tǒng)能有效去除銅冶煉廢水中的重金屬,給銅冶煉廢水處理帶來新的研究方向。
【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】：X758

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2693289