本文關(guān)鍵詞：微生物燃料電池氨損失機(jī)理研究

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【摘要】：環(huán)境污染和能源短缺是擺在人類面前的兩大難題,微生物燃料電池的出現(xiàn)為解決這兩大難題提供了新思路,MFCs在去除污染物的同時(shí)產(chǎn)生新能源,使得同步脫氮產(chǎn)電成為可能。本課題構(gòu)建了質(zhì)子交換膜雙室微生物燃料電池,探究了陽極室氨氮損失的機(jī)理,分析了造成氨氮損失的影響因素,為以后氨氮廢水的處理提供了理論依據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:(1)經(jīng)過70天的污泥馴化培養(yǎng),成功啟動了以氨氮作為陽極唯一電子供體的微生物燃料電池。馴化完成后MFCs達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的電壓為40.3m V;陽極氨氮的去除率為72.29%;陰極硝氮的去除率較小,為20.42%;陰陽極p H均維持在7.20左右。(2)陽極初始氨氮濃度由15.00mg/L增加到70.00mg/L時(shí),電壓峰值由28.3m V增加到92.9m V。當(dāng)氨氮濃度為35.00mg/L時(shí),MFCs內(nèi)阻為123.07?,最大功率密度為109.35m W/3�。因唇z傻冒鋇梢宰魑狹FCs陽極燃料。(3)當(dāng)在陽極氨氮中同時(shí)添加亞硝氮后,氨氮降解速率加快,因此實(shí)驗(yàn)中可能有厭氧氨氧化作用的發(fā)生;當(dāng)氨氮由35.00mg/L降到4.71mg/L,其中至少35.64%氨氮在微生物作用下發(fā)生了好氧氨氧化作用,成為硝氮和亞硝氮;2.12%氨氮透過質(zhì)子交換膜進(jìn)入陰極;氨氮的去除是生物以及物理化學(xué)共同作用的結(jié)果。(4)當(dāng)溫度由20℃變化到40℃時(shí),氨氮去除率和電壓經(jīng)歷先增加后降低的趨勢。在30℃時(shí)氨氮去除率和電壓都達(dá)到最大值,分別為77.70%和50.3m V。當(dāng)溫度改變時(shí),氨氮去除和電壓的變化具有同步性,相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.9708,說明溫度對二者變化的影響具有一致性。(5)當(dāng)陽極p H值改變時(shí):在堿性條件下p H值由7.0變?yōu)?.0時(shí),容積脫氮速率和電壓的變化都不明顯,都取得較好的效果,最大分別為13.11g/(m3?d)和54.3m V;但p H在7.0-5.0的酸性范圍時(shí),電壓和容積脫氮速率都很低,最低降為5.18g/(m3?d)和19.4m V;一方面是由于酸性條件對微生物的生存條件的影響,另一方面是酸性對氨氮揮發(fā)作用的限制。(6)有機(jī)物的添加對MFCs脫氮效果和電壓均產(chǎn)生較大影響。隨著C/N從0增加1:1時(shí),電壓值逐漸增大,而氨氮去除率減低,有機(jī)物的去除率在整個(gè)過程中幾乎均能達(dá)到100%;陽極添加有機(jī)物后,硝氮和亞硝氮的積累減少;當(dāng)C/N低于1:4時(shí),MFCs產(chǎn)電來自于陽極氨氮的生物轉(zhuǎn)化;當(dāng)C/N高于1:4時(shí),電壓的增加是有機(jī)物的生物降解作用的結(jié)果。當(dāng)C/N比為1:4時(shí)電壓為80.3m V,容積脫氮率為16.73g/(m3?d),可以作為MFCs的優(yōu)化值。
【關(guān)鍵詞】：微生物燃料電池 脫氮 氨損失 產(chǎn)電 C/N
【學(xué)位授予單位】：西安工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X703;TM911.45
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-22
• 1.1 微生物燃料電池概述10-15
• 1.1.1 微生物燃料燃料電池工作原理10-12
• 1.1.2 微生物燃料電池的材料和結(jié)構(gòu)12-14
• 1.1.3 微生物燃料電池在環(huán)境領(lǐng)域的研究進(jìn)展14-15
• 1.2 氨氮污染與控制技術(shù)15-20
• 1.2.1 氨氮污染的危害和現(xiàn)狀15-16
• 1.2.2 傳統(tǒng)氨氮去除理論和方法16-19
• 1.2.3 微生物燃料電池處理脫氮研究進(jìn)展19-20
• 1.3 問題的提出與研究內(nèi)容20-22
• 2 微生物燃料電池的啟動22-28
• 2.1 材料和方法22-24
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)裝置和結(jié)構(gòu)22-23
• 2.1.2 測試項(xiàng)目和分析方法23
• 2.1.3 污泥馴化和培養(yǎng)23-24
• 2.2 結(jié)果與討論24-26
• 2.2.1 啟動階段產(chǎn)電效果24-25
• 2.2.2 啟動階段脫氮效果25-26
• 2.2.3 微生物燃料電池陰陽極pH變化26
• 2.3 小結(jié)26-28
• 3 氨氮損失的機(jī)理研究28-36
• 3.1 材料和方法28-29
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)裝置和結(jié)構(gòu)28
• 3.1.2 測試項(xiàng)目和分析方法28
• 3.1.3 實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮头桨?/span>28-29
• 3.2 結(jié)果和討論29-35
• 3.2.1 陰離子對氨氮去除的影響29-30
• 3.2.2 產(chǎn)電和氨氮損失的關(guān)系30-32
• 3.2.3 氨氮損失和跨膜運(yùn)動32
• 3.2.4 氨氮損失和生物轉(zhuǎn)化32-35
• 3.3 小結(jié)35-36
• 4 氨氮損失的影響因素研究36-46
• 4.1 材料和方法36-37
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)裝置和結(jié)構(gòu)36
• 4.1.2 測試項(xiàng)目和分析方法36
• 4.1.3 實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮头桨?/span>36-37
• 4.2 結(jié)果和討論37-44
• 4.2.1 溫度對氨氮去除和產(chǎn)電的影響37-39
• 4.2.2 pH不同對氨氮去除和產(chǎn)電的影響39-41
• 4.2.3 不同C/N比對氨氮去除和產(chǎn)電的影響41-44
• 4.3 小結(jié)44-46
• 5 結(jié)論和建議46-48
• 5.1 結(jié)論46-47
• 5.2 建議47-48
• 參考文獻(xiàn)48-54
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文54-56
• 致謝56

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