【摘要】：微生物燃料電池(Microbial Fuel Cells,MFCs)是一種環(huán)境友好型的修復(fù)技術(shù),可將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,不僅不消耗能源相反還能產(chǎn)生少量的電能。利用土壤進(jìn)行產(chǎn)電的MFCs稱為土壤MFCs。本課題主要從土壤MFC的產(chǎn)電性能和其對(duì)Cd污染土壤修復(fù)效果展開研究。分別研究微生物種類和接種方式、Cd污染濃度、外接電阻以及陰陽極間距的影響。主要結(jié)論如下:(1)利用混合菌種(厭氧污泥)和單一菌種(Geobactersulfurreducens)兩種產(chǎn)電微生物,以不同接種方式搭建MFC1、MFC2、MFC3、MFC4和MFC5共5組單室土壤微生物燃料電池反應(yīng)器。其中,MFC1的啟動(dòng)時(shí)間最短為2d,產(chǎn)電性能最好,其最大功率密度為35.08mW/m2,內(nèi)阻為515.5Ω。土壤修復(fù)效果與MFC產(chǎn)電性能相關(guān),MFC1效果最好,其陰極Cd富集率為19.02%。研究表明,采用厭氧污泥集中于陽極接種方式是最佳啟動(dòng)條件。穩(wěn)定運(yùn)行的MFC反應(yīng)器會(huì)促進(jìn)重金屬Cd在陰極富集,從而達(dá)到修復(fù)土壤的目的。(2)以O(shè)mg/kg、5mg/kg、20mg/kg、100mg/kg的四種Cd污染濃度搭建單室土壤MFC反應(yīng)器。其中,Cd濃度為Omg/kg的反應(yīng)器的產(chǎn)電性能優(yōu)于其他三組反應(yīng)器,說明Cd的毒性對(duì)厭氧污泥產(chǎn)電菌活性有影響。四組反應(yīng)器的內(nèi)阻幾乎沒有區(qū)別,均在2000Ω左右。隨著Cd濃度的增加,Cd在陰極的富集率越小,Cd污染濃度為5mg/kg的陰極富集率最大為130.00%。在Cd的賦存形態(tài)中弱酸提取態(tài)的Cd在陰極有明顯的富集,而可還原態(tài)、可氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)的Cd在陰極的變化不大。而開路對(duì)照的反應(yīng)器因未形成電流,對(duì)污染土壤沒有修復(fù)效果。(3)以10Ω、100Ω、1000Ω、10000Ω的四種外接電阻搭建單室土壤MFC反應(yīng)器。其中,MFC-10000Q的輸出電壓最大。4組反應(yīng)器的最大功率密度有一定的差異,外接電阻較大的反應(yīng)器在更大的電流密度下達(dá)到最大功率密度,且高于外接電阻較低的反應(yīng)器。反應(yīng)器的內(nèi)阻有差異,但區(qū)別不大。4組反應(yīng)器的土壤pH值和土壤中Cd污染的修復(fù)情況,發(fā)現(xiàn)MFC-10000Ω的陰極土壤pH值明顯上升為8.35,且其陰極Cd的富集率最大為128.49%。同時(shí)MFC-10Ω的陰極土壤pH值上升程度最小為8.13,并且陰極Cd的富集率最小為42.19%。在Cd的賦存形態(tài)中弱酸提取態(tài)Cd的富集效果最好。(4)以3cm、6cm、9cm的三種陰陽極間距搭建單室土壤MFC反應(yīng)器。其中,MFC-9cm的輸出電壓最小。同時(shí),MFC-3cm和MFC-6cm反應(yīng)器的輸出電壓差距明顯小于MFC-3cm和MFC-9cm反應(yīng)器的差距。說明陰陽極間距越大,對(duì)MFC輸出電壓的影響越明顯。MFC-9cm的反應(yīng)器的最大功率密度越小為13.65mW/m2。各組反應(yīng)器的內(nèi)阻差異較大。比較3組反應(yīng)器的土壤pH值和土壤中Cd污染的修復(fù)情況,發(fā)現(xiàn)MFC-3cm的陰極土壤pH值有著明顯上升,且其陰極Cd的富集率最大為107.70%。而開路對(duì)照的反應(yīng)器因無電流通過,對(duì)污染土壤沒有修復(fù)效果。
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM911.45;X53
【圖文】：

圖３．１邋ＭＦＣ反應(yīng)器主體（ａ）和卡扣（ｂ）逡逑Ｆｉｇ３．１邋ＭＦＣ邋ｒｅａｃｔｏｒ邋ｍａｉｎ邋ｂｏｄｙ（ａ）邋ａｎｄ邋ｔｈｅ邋ｂｕｃｋｌｅ（ｂ）逡逑本課題采用自主設(shè)計(jì)的有機(jī)玻璃反應(yīng)器，如圖３．１邋（ａ）所示。反應(yīng)器高度為１３．５ｃｍ，逡逑反應(yīng)器內(nèi)徑為５．Ｏｃｍ，距反應(yīng)器底部２ｃｍ處為內(nèi)徑９０ｍｍ的進(jìn)水口，用橡膠塞密封，以逡逑便反應(yīng)器運(yùn)行時(shí)為陽極添加碳源，并保證陽極厭氧環(huán)境。反應(yīng)器上口的卡扣用于固定陰逡逑極，如圖３．１邋（ｂ）所示，卡扣中央直徑１８０ｍｍ的口用橡皮塞塞緊，陰極電極鈦絲穿過逡逑橡皮塞固定。逡逑３．３．２電極材料的預(yù)處理逡逑本課題采用碳?xì)肿鳛殛庩枠O的電極材料，據(jù)孔曉英等研究，碳?xì)衷陔娀瘜W(xué)活性和逡逑吸附量上優(yōu)于碳紙和石墨電極。碳?xì)州^大的比表面積使微生物更好地附著，并有良好的逡逑導(dǎo)電性能。本課題中的陰極和陽極均由碳?xì)趾外伣z相連而成，電極均為直徑３．５ｃｍ的圓逡逑

按照《土壤和沉積物１２種金屬元素的測定王水提�。姼旭詈系入x子體質(zhì)譜法》逡逑（ＨＪ８０３—２０１６）方法測定。稱待測土壤樣品０．１ｇ（精準(zhǔn)至Ｏ．ＯＯＯｌｇ），加入準(zhǔn)備好的１００ｍｌ逡逑錐形瓶中，加入６ｍｌ王水溶液（ＨＣｈ邋ＨＮ０３＝３：１），放上玻璃漏斗，于如圖３．２的恒溫加逡逑熱臺(tái)上加熱，使王水一直處在微沸狀態(tài)２ｈ邋（使王水蒸汽在玻璃漏斗和錐形瓶壁上回流，逡逑但不能太過劇烈，容易導(dǎo)致液體溢出）。消解結(jié)束后，錐形瓶靜置冷卻待到室溫，通過慢逡逑速定量濾紙過濾后，并收集于５０ｍｌ容量瓶中。等過濾完成后，用少量０．５ｍｏｌ／Ｌ的ＨＮ0３逡逑溶液清洗錐形瓶、玻璃漏斗和濾渣至少３次以上，洗液一起過濾后收集到容量瓶中，用逡逑去離子水定容。逡逑（２）樣品中Ｃｄ賦存形態(tài)的測定逡逑樣品中Ｃｄ賦存形態(tài)的測定方法米用ＢＣＲ法（Ｅｕｒｏｐｅａｎ邋Ｃｏｍｍｕｎｉｔｉｅｓ邋Ｂｕｒｅａｕ邋ｏｆ逡逑Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ，歐共體標(biāo)準(zhǔn)測量與檢測局提取法）進(jìn)行測定。逡逑ａ）

【參考文獻(xiàn)】

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1 肖惠萍;涂琴韻;吳龍華;樂莎;侯靜濤;;幾種典型土壤對(duì)電動(dòng)修復(fù)鎘污染效果的影響[J];環(huán)境工程學(xué)報(bào);2017年02期

2 劉藝蕓;張連紅;崔爽;孫秀菊;;多氨基多醚基甲叉膦酸土柱淋洗修復(fù)鎘污染土壤[J];遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報(bào);2016年04期

3 鄒繼穎;劉輝;郭景海;武雙雙;韓齊恒;;植物間作對(duì)鎘污染土壤修復(fù)效果的研究[J];吉林化工學(xué)院學(xué)報(bào);2016年05期

4 曾鵬;曹霞;郭朝暉;肖細(xì)元;劉亞男;梁芳;;Cd污染土壤景觀修復(fù)植物篩選研究[J];農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào);2016年04期

5 紀(jì)小鳳;鄭娜;王洋;湯琳;;中國城市土壤重金屬污染研究現(xiàn)狀及展望![J];土壤與作物;2016年01期

6 劉春梅;廖強(qiáng);葉丁丁;朱恂;李俊;;矩形與雙筒型微生物燃料電池產(chǎn)電特性比較[J];電源技術(shù);2015年09期

7 陳潔;孫健;胡勇有;;石墨烯修飾電極微生物燃料電池及其抗菌性研究進(jìn)展[J];環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào);2016年02期

8 張嶸;張捍民;楊鳳林;張廣毅;;聚苯胺/電氣石電極對(duì)微生物燃料電池的影響[J];環(huán)境科學(xué)與技術(shù);2015年03期

9 廖啟林;劉聰;朱伯萬;華明;金洋;翁志華;常青;蔡玉曼;;凹凸棒石調(diào)控Cd污染土壤的作用及其效果[J];中國地質(zhì);2014年05期

10 張小敏;張秀英;鐘太洋;江洪;;中國農(nóng)田土壤重金屬富集狀況及其空間分布研究[J];環(huán)境科學(xué);2014年02期

本文編號(hào)：2727786