以除硫硝化微生物燃料電池（Microbial Fuel Cell,MFC）處理含S^2-/NH₄⁺的模擬無機(jī)廢水,研究了不同進(jìn)水S^2-濃度下MFC的產(chǎn)電性能、污染物去除效果和陽極室硫累積情況.結(jié)果表明,除硫硝化MFC可實(shí)現(xiàn)同步陽極除硫和陰極硝化,并通過非生物電化學(xué)作用和生物電化學(xué)作用共同產(chǎn)電.進(jìn)水S^2-濃度為（60.8±2.9）、（131.7±2.4）、（161.7±4.5）和（198.1±3.1）mg·L^-1時(shí),最佳陽極碳刷清洗周期分別為3、3、3、4個(gè)換水周期,前3個(gè)進(jìn)水濃度下的換水周期可分別縮短為6、8和8 h.MFC陰極硝化完全,不受進(jìn)水S^2-濃度影響,但氧從陰極向陽極的滲漏導(dǎo)致陽極庫侖效率較低（<40%）.適當(dāng)增加進(jìn)水S^2-濃度可增強(qiáng)MFC的產(chǎn)電性能并提高S^2-去除負(fù)荷和顆粒硫累積比.除硫硝化MFC適宜的進(jìn)水S^2-濃度為（161.7±4.5）mg·L

【文章來源】：環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào). 2017,37(08)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

除硫硝化MFC裝置示意圖

測限，硝化完全(數(shù)據(jù)未列出)．這是因?yàn)橛申枠O傳遞到陰極的電子主要通過生物和非生物電化學(xué)作用被氧化(而不是被硝化菌利用)，硝化菌不參與陰極電化學(xué)反應(yīng)，其硝化效果主要與供氧量有關(guān)．試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，換水周期結(jié)束時(shí)MFC陽極室存在顯著的NH+4損失(損失率約35．2%～58．0%)．由于陽極室沒有接種污泥，且進(jìn)水pH維持在中性，推測NH+4由陽極室透過質(zhì)子膜向陰極室發(fā)生了遷移并被氧化為NO－3．Kim等(2008)在MFC研究中也發(fā)現(xiàn)了NH+4由陽極室向陰極室的遷移．3．2．2陽極碳刷清洗周期內(nèi)MFC的產(chǎn)電性能如圖2a所示，最大功率密度隨著陽極進(jìn)水S2－濃度的增加而提升，陽極進(jìn)水S2－濃度為(60．8±2．9)、(131．7±2．4)和(161．7±4．5)mg·L－1時(shí)，最大功率密度分別為3．39、4．15和5．77W·m－3，相應(yīng)的周期產(chǎn)電量分別為(60．0±0．4)、(107．7±5．1)和(141．0±5．2)C(根據(jù)表2統(tǒng)計(jì))．Zhao等(2008)以MFC處理含SO2－4廢水時(shí)也發(fā)現(xiàn)，MFC電流一定程度上取決于S2－濃度的高低．當(dāng)陽極進(jìn)水S2－濃度從(161．7±4．5)mg·L－1上升到(198．1±3．1)mg·L－1時(shí)，最大功率密度僅增加0．57W·m－3．如圖2b所示，進(jìn)水S2－濃度由(60．8±2．9)mg·L－1提高至(131．7±2．4)mg·L－1時(shí)，陽極庫侖效率由21．5%±3．3%增加到32．9%±4．3%．但當(dāng)進(jìn)水S2－濃度進(jìn)一步提高到(161．7±4．5)和(198．1±3．1)mg·L－1時(shí)，陽極庫侖效率反而下降．可能原因是:陽極碳刷上的電子接受點(diǎn)位和陰極電活性微生物的電子消耗能力有限，更多比例的S2－主要通過化學(xué)氧化作用及生物氧化作用得以去除，生物氧化由陽極室器壁和質(zhì)子膜上的硫氧化菌催化完成．在MFC陽極同時(shí)去除S2－與NO

環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)37卷學(xué)氧化、非生物電化學(xué)反應(yīng)及微生物反應(yīng)共同催化了SO2－4的生成．每個(gè)進(jìn)水濃度下?lián)Q水2h內(nèi)即有SO2－4生成(4．0～18．5mg·L－1)，表明MFC陽極難于使S2－全部氧化為S．每個(gè)進(jìn)水濃度下SO2－4濃度隨運(yùn)行時(shí)間緩慢增加，待S2－耗盡后，生成的S仍繼續(xù)氧化生成SO2－4，硫素平衡分析可知S2－耗盡時(shí)S生成量接近最大值．圖3不同進(jìn)水S2－濃度下最后一個(gè)換水周期內(nèi)的S2－和SO2－4濃度變化(a．(60．8±2．9)mg·L－1條件下的第3個(gè)周期，b．(131．7±2．4)mg·L－1條件下的第3個(gè)周期，c．(161．7±4．5)mg·L－1條件下的第3個(gè)周期，d．(198．1±3．1)mg·L－1條件下的第4個(gè)周期)Fig．3ConcentrationvariationofS2－andSO42－duringthelastbatchatdifferentsulfidefeedingconcentrations(a．thethirdbatchfor(60．8±2．9)mg·L－1，b．thethirdbatchfor(131．7±2．4)mg·L－1，c．thethirdbatchfor(161．7±4．5)mg·L－1，d．thefourthbatchfor(198．1±3．1)mg·L－1)3．3．2換水周期內(nèi)MFC的產(chǎn)電性能如圖4所示，各進(jìn)水濃度下的MFC輸出電壓和陽極電勢與陽極S2－濃度密切相關(guān)．結(jié)合圖3與圖4發(fā)現(xiàn)，陽極S2－濃度低于6．2～17．4mg·L－1時(shí)，陽極電勢上升至－23～－70mV，電壓值開始快速下降．陽極S2－耗盡(＜0．5mg·L－1)時(shí)，陽極電勢變?yōu)檎�，但電壓并未降�?mV(16～31mV)，S通過電化學(xué)作用進(jìn)一步氧化成SO2－4是MFC繼續(xù)產(chǎn)電的原因．由圖4a可知，每個(gè)進(jìn)水S2－濃度下最后1個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)MFC的輸出電壓總體呈先上升后下降的趨勢，更換廢水后MFC需重新適應(yīng)相應(yīng)濃度的水質(zhì)，因此，初始電壓并非最高值，后期隨著S2

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3110620